EP4649560A1 - Schutzschaltgerät und verfahren - Google Patents

Schutzschaltgerät und verfahren

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Publication number
EP4649560A1
EP4649560A1 EP24704347.4A EP24704347A EP4649560A1 EP 4649560 A1 EP4649560 A1 EP 4649560A1 EP 24704347 A EP24704347 A EP 24704347A EP 4649560 A1 EP4649560 A1 EP 4649560A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
low
unit
switching device
time
resistance state
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
EP24704347.4A
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 EP4649560A1 publication Critical patent/EP4649560A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H02H3/08—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
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/123—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit
    • 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
    • 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
    • H01H9/56—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the AC cycle
    • 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
    • H02H3/027—Details with automatic disconnection after a predetermined time

Definitions

  • the invention relates to the technical field of a protective switching device for a low-voltage circuit with an electronic interruption unit and a method for a protective switching device for a low-voltage circuit with an electronic interruption unit.
  • 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 as 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 are relatively new developments. They have a semiconductor-based electronic interruption unit. 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, ie 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 can be used for both low-voltage direct current circuits and low-voltage alternating current circuits.
  • the invention relates in particular to low-voltage alternating current circuits with an 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.
  • T period of the oscillation
  • 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 low-voltage circuit, in particular Low voltage alternating current circuit comprising:
  • the mechanical isolating contact unit can be switched by opening at least one contact to prevent a current flow or closing the at least one contact for a current flow in the low-voltage circuit
  • the electronic interruption unit can be switched by 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 in the low-voltage circuit
  • the protective switching device has a timer.
  • the protective switching device is designed in such a way that the electronic interruption unit 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 time switch function is coupled in particular with the external and internal protection functions and testing functions on the circuit breaker side, so that safety in the low-voltage circuit is guaranteed.
  • the mechanical isolating contact unit is assigned to the load-side connection and the electronic interruption unit (EU) is assigned to the network-side connection.
  • the mechanical isolating contact unit can be operated by a mechanical handle in order to switch an opening of the at least one contact or a closing of the at least one contact.
  • two mains-side connections and at least one load-side connection are provided.
  • a mains-side phase conductor connection, a mains-side neutral conductor connection and a load-side phase conductor connection are provided.
  • two mains-side connections and two load-side connections In particular, a mains-side neutral conductor connection, a mains-side phase conductor connection, a load-side neutral conductor connection and a load-side phase conductor connection are provided.
  • phase and neutral conductors can be connected directly and, for example, additional neutral conductor rails can be omitted.
  • accessible input means are provided on the protective switching device for entering settings/parameters of the timer (TIME).
  • TIME timer
  • the parameterization or setting can be carried out in the same way as with time switches typically available on the market today. The same applies to the setting options, such as minute, hour, day, week or year programs.
  • the electronic interruption unit can only be switched to a low-resistance state by means of the timer if a release condition exists.
  • the electronic interruption unit if it is in a high-resistance state due to a protective function of the protective switching device, it cannot be switched to the low-resistance state by the timer TIME (in particular, at least not within a first period of time after becoming high-resistance).
  • the first time period can be in the range of 10 seconds or more.
  • the basic function of the protective switching device - to provide protection - is not influenced by the timer and, for example, a defective protective switching device (no release condition) cannot be forcibly switched on by the timer, i.e. the low-voltage circuit is supplied with energy without protection.
  • a defective protective switching device no release condition
  • the low-voltage circuit is supplied with energy without protection.
  • electronic interruption unit 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 switched on again forcibly (possibly immediately). So that the protective device can only be switched back to low-impedance after the error has been acknowledged or after the error no longer exists.
  • checking functions on the circuit breaker side which a) switch an electronic interruption unit in the high-impedance state to the low-impedance state for a first period of time or (and) b) switch an electronic interruption unit 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 at least one contact of the mechanical isolating contact unit can be opened by means of the timer, in particular it is configurable whether by means of the timer: a) the electronic interruption unit can be switched to a high-resistance or low-resistance state or b) the at least one contact of the mechanical isolating contact unit can be opened.
  • 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.
  • the timer could be parameterized/set using a management system or a smartphone/mobile phone. For example, using an app on a mobile communications device.
  • 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 interruption unit or (alternatively: and) for displaying settings of the timer.
  • the protective switching device is designed such that when the electronic interruption unit is in a high-impedance state initiated by the timer, this high-impedance state of the electronic interruption unit is established when the current passes through zero.
  • At current zero crossing means directly at current zero crossing or close to it, 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 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 (first) voltage sensor unit which is connected to the control unit in order to determine the voltage level of the low-voltage circuit, in particular so that instantaneous values of the voltage level are available.
  • the protective switching device is designed in such a way that, when the electronic interruption unit is in a low-resistance state initiated by the timer, this low-resistance state of the electronic interruption unit is established when the voltage passes through zero.
  • this high-resistance state of the electronic interruption unit is established when the voltage passes through zero.
  • 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 method for a protective switching device for protecting a low-voltage electrical circuit with:
  • the mechanical isolating contact unit can be switched by opening at least one contact to prevent a current flow or closing at least one contact for a current flow in the low-voltage circuit
  • the electronic interruption unit can be switched by 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 in the low-voltage circuit
  • 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 1 shows a representation of a protective switching device SG for protecting an electrical low-voltage circuit, in particular a low-voltage alternating current circuit, with a housing GEH, comprising:
  • the load-side connection points APNL, APLL are connected to the load-side neutral and phase conductor connections NL, LL, so that the contacts KKN, KKL can be opened to prevent a current flow or the contacts can be closed to allow a current flow in the low-voltage circuit.
  • the mechanical isolating contact unit can also be designed as a single-pole mechanical isolating contact unit, i.e. with one contact, whereby the contact KKL is preferably arranged in the phase conductor L. A neutral conductor N running through the protective switching device SG is then not provided.
  • an electronic interruption unit EU in particular a single-pole one (which in the case of a single-pole version is arranged in particular in the phase conductor L) with a mains-side connection point EUG, which is electrically connected to the mains-side phase conductor connection LG, and a load-side connection point EUL, which is electrically connected to the mains-side connection point APLG of the mechanical isolating contact unit MK, wherein the electronic interruption unit has a high-resistance state of the switching elements to prevent a current flow or a low-resistance state of the switching elements to allow current flow in the low-voltage circuit by means of semiconductor-based switching elements,
  • control unit SE which is connected to the current sensor unit SI, the mechanical isolating contact unit MK and the electronic interruption unit EU, whereby if current and/or current time limit values are exceeded, a Preventing current flow in the low voltage circuit is initiated.
  • the protective switching device SG has a timer TIME.
  • the timer TIME is connected to the control unit SE as shown in Figure 1.
  • the protective switching device SG is designed in such a way that the electronic interruption unit EU can be switched to a high-resistance or low-resistance state by means of the timer TIME.
  • a first voltage sensor unit SUA can be provided which is connected to the control unit SE and which determines the voltage level, in particular instantaneous values of the voltage level, of the low-voltage circuit, in particular at the mains-side connections LG, NG, specifically between the mains-side neutral conductor connection NG and the mains-side phase conductor connection LG.
  • the electronic interruption unit EU is advantageously switched to the low-resistance state, in particular by the timer TIME, when the amount of the instantaneous value of the voltage level falls below a first voltage limit, which is in particular less than or equal to 50 volts (or 25 volts or 10 volts).
  • the switch-on signal is only sent from the control unit SE to the electronic interruption unit EU when the instantaneous value of the voltage level falls below the first voltage limit, which is in particular less than or equal to 50 volts.
  • the first voltage limit which is in particular less than or equal to 50 volts.
  • the high-resistance switching of the electronic interruption unit EU initiated by the timer TIME when the electronic interruption unit is switched to high-resistance by the timer TIME, instead of the first Voltage limit alternatively the first current limit can be used.
  • the mechanical isolating contact unit MK and the electronic interruption unit EU form a series circuit.
  • the series circuit is connected on the one hand to at least one mains-side connection and on the other hand to at least one load-side connection.
  • the mechanical isolating contact unit MK can advantageously be assigned to the load-side connection and the electronic interruption unit EU to the mains-side connection, as shown in Figure 1.
  • the mechanical isolating contact unit MK can be operated by a mechanical handle HH to switch the contacts open or close, as with a classic circuit breaker or miniature circuit breaker (MCB).
  • a mechanical handle HH to switch the contacts open or close, as with a classic circuit breaker or miniature circuit breaker (MCB).
  • the control unit SE can have a microcontroller MP (microcontroller unit).
  • a second voltage sensor unit SUB connected to the control unit SE can be provided, which determines the level of the voltage between the mains-side connection point EUG and the load-side connection point EUL of the electronic interruption unit EU.
  • a measuring impedance ZM can be connected between the mains-side connection points APLG, APNG of the mechanical isolating contact unit MK.
  • the measuring impedance ZM can be, for example, an electrical resistor and/or capacitor.
  • the measuring impedance can also be an inductance.
  • the measuring impedance can be a series connection or parallel connection of a resistor and/or capacitor and/or inductance.
  • the electronic interruption unit EU is single-pole, in the example in the phase conductor.
  • the mains-side connection point APNG is for the neutral conductor of the mechanical isolating contact unit MK is connected to the mains-side neutral conductor connection NG of the housing GEH.
  • this connection can be omitted, as can the neutral conductor contact KKN of the mechanical isolating contact unit.
  • the protective switching device SG is advantageously designed such that the contacts of the mechanical isolating contact unit MK can be opened but not closed by the control unit SE, which is indicated by an arrow from the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK.
  • An opening signal TRIP from the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK can open the at least one contact. This means, for example, that the at least one contact/contacts of the mechanical isolating contact unit MK can be opened but not closed in one embodiment by means of the timer TIME.
  • the mechanical isolating contact unit MK can be operated by a mechanical handle HH on the protective switching device SG in order to switch a manual opening or closing of the contacts KKL, KKN.
  • the mechanical handle HH indicates (specifically through a mechanical connection between contacts and handle) the switching state (open or closed) of the contacts of the mechanical isolating contact unit MK on the protective switching device.
  • the mechanical isolating contact unit MK is advantageously designed in such a way that a (manual) closing of the contacts by the mechanical handle is only possible after an enable, in particular an enable signal. This is also indicated by the arrow from the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK.
  • the protective switching device SG has a power supply NT, for example a power pack.
  • the power supply NT is provided for the control unit SE, which is indicated by a connection between the power supply NT and the control unit SE in Figure 1.
  • the power supply NT is (on the other hand) connected to the mains-side neutral conductor connection NG and the mains-side phase conductor connection LG.
  • a fuse SS in particular a melting fuse, and/or a switch can advantageously be provided in the connection to the mains-side neutral conductor connection NG (and/or phase conductor connection LG).
  • the energy supply is provided by an external energy source / additional connections.
  • High resistance means a state in which only a current of negligible magnitude 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 condition in which the current value indicated 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 mechanical isolating contact unit MK can interrupt single-pole. This means that only one conductor (of the two/several conductors), in particular the active conductor or phase conductor, is interrupted, i.e. it has a mechanical contact. The neutral conductor is then contact-free, i.e. the neutral conductor is directly connected.
  • the neutral conductor also has mechanical contacts, as shown in Figure 1.
  • the mechanical isolating contact unit MK refers in particular to a (standard-compliant) isolating function, implemented by the isolating contact unit MK.
  • the isolating function refers to the following points: - minimum air gap in accordance with the standard (minimum distance between the contacts), - (mechanical) contact position indicator of the contacts of the mechanical isolating contact unit, - free tripping, i.e. an actuation to interrupt the contacts of the mechanical isolating contact unit by the handle or control unit is always possible, so that no (permanent) blocking of the contacts in the closed state by the handle is possible.
  • the standard-compliant isolating function can have the ability to lock the isolating contact unit or the handle in the on or off state.
  • 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.
  • the isolating contact unit is advantageously characterized by a minimum air gap 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 air gap is in particular between (at least) 0.01 mm and 14 mm.
  • the minimum air gap 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:
  • mechanical isolating contact unit does not refer to a relay contact.
  • Figure 2 shows an illustration according to Figure 1 , with individual units missing and additional units shown, some in more detail.
  • a differential current sensor unit ZCT is provided for determining a differential current of the conductors of the low-voltage circuit, for example to implement the function of a classic residual current circuit breaker.
  • the differential current sensor unit ZCT is connected to the control unit SE.
  • the control unit SE which for example has a microcontroller MP (microcontroller unit), is shown in more detail with regard to its functions.
  • the timer TIME is part of the control unit SE .
  • the timer TIME is connected to a timer parameterization function TSP (time switching parameterization).
  • the timer parameterization function TSP is connected to a switching logic function SE .
  • the switching logic function SE is also connected to protection functions, in the example with an internal protection function IPF, for the internal checking and reporting of the fault-free status of the protective switching device SG, and an external protection function CPF, which monitors the low-voltage circuit and reports an overcurrent event, short circuit, ((differential) fault current) etc. in the low-voltage circuit.
  • IPF internal protection function
  • CPF external protection function
  • the switching logic function SF sends a signal (for example to become low-resistance) to the electronic interruption unit EU, as shown in Figure 2. If the protective switching device does not have an internal fault, which is reported by the internal protection function IPF, and there is no external fault in the low-voltage circuit to be protected, which is reported by the external protection function CPF, both messages are sent to the switching logic function SF, a release condition exists and the electronic interruption unit can be switched to a low-resistance (or high-resistance) state via the timer TIME (connection of the switching logic function SF with the electronic interruption unit EU (arrow pointing there).
  • TIME connection of the switching logic function SF with the electronic interruption unit EU (arrow pointing there).
  • the switching logic function SF in the protective switching device ensures that the protective functions IPF, CPF, which rely on the controllability of the electronic interruption unit EU, can always switch them safely when required. If a protective function is activated, the electronic interruption unit cannot be controlled by the TIME timer. If no protective state is active (release condition), the controllability is released for the electronic interruption unit by the TIME timer.
  • circuit breaker-side testing functions (internal device functions). These circuit breaker-side testing functions/internal device functions also access the electronic interruption unit EU.
  • An internal device function can, for example, be a short switching action for a device diagnostic function. If this function is executed, control via the TIME timer is not possible for this moment.
  • circuit breaker-side testing functions which a) switch an electronic interruption unit EU in a high-impedance state to the low-impedance state for a first period of time, or b) switch an electronic interruption unit EU in a low-impedance state to the high-impedance state for a second period of time, cannot (or are not) influenced by the TIME timer.
  • the protective switching device SG can also be designed in such a way that it is configurable that at least one contact of the mechanical isolating contact unit (MK) is opened by the timer TIME.
  • 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 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.
  • FIG 3 shows an illustration according to Figure 1 or 2, with additional units.
  • a communication unit COM (which enables wireless communication in particular) is provided, which is connected to the control unit SE or is a part of it.
  • the communication unit COM can be used alternatively or additionally to set parameters of the timer TIME (to make settings).
  • a display unit AE is provided.
  • the display unit AE can be designed as a combined display and input unit.
  • the display unit AE (display and Input unit ) is connected to the control unit SE or is a part of it .
  • the display unit has visible display means on the protective switching device (for example an LED display ), in particular for displaying the high-resistance or low-resistance state of the electronic interruption unit EU or (and) for displaying settings of the timer TIME .
  • the display unit AE can have input means accessible on the protective switching device SG for entering parameters of the timer TIME (so that settings can be made).
  • contacts of a mechanical isolating contact unit
  • an electronic switch/semiconductor-based switching elements of an electronic interruption unit
  • TIME timer is a new way of expanding the functions of the protective switching device. At the same time, it is ensured that the ability to control the semiconductor-based switching elements/the electronic interruption unit does not impair the safety-relevant protective functions of the protective switching device.
  • the control unit SE can switch the electronic interruption unit EU to a high-resistance or low-resistance state, i.e. switch it 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 protective functions, such as short-circuit protection, overload protection, residual current protection, fire protection, overvoltage protection, undervoltage protection and overtemperature protection.
  • Overload protection is, for example, the exceeding of first current and/or current-time limit values.
  • Short-circuit protection is, for example, the exceeding of second (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 the electronic interruption unit EU can be controlled via this timer TIME. Since the electronic interruption unit EU is required in particular for carrying out protective functions, the control unit SE only passes a signal from the timer TIME to the electronic interruption unit EU to make the resistance of the electronic interruption unit EU low if none of the stored protective functions has detected an error, i.e. a release condition exists. In particular, if an error is detected, i.e. if the electronic interruption unit EU is in the high resistance state, the timer TIME cannot change this state (i.e. cannot switch to low resistance).
  • a detected error in the protective switching device particularly refers to a device error, such as a defective current sensor unit, defective interruption unit, or overtemperature. This can also be the case with external errors, such as overvoltage or undervoltage (effective value of the voltage not reached for a certain time).
  • circuit breaker-side checking functions/internal device functions e.g. for device diagnostics or inrush handling.
  • checking functions on circuit breakers that a) switch an electronic interruption unit EU in the high-resistance state to the low-resistance state for a first period of time or (and) b) switch an electronic interruption unit EU in the low-resistance state to the high-resistance state for a second period of time cannot be influenced by the TIME timer.
  • These short switching operations can be used, for example, to test the electronic interruption unit EU or to check the functionality of the current sensor unit S I.
  • the controllability of the electronic interruption unit EU (or its switching elements) 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 on the load-side connection/connections (on the load output) (a release condition is present).
  • This task is performed by the switching logic function SF.
  • the TIME timer cannot therefore directly access the electronic interruption unit (or its switching elements) to control it, 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 protective functions can always have priority on the electronic interruption unit.
  • the indication of the contact position of the mechanical isolating contact unit is realized by the handle; this indication by the handle does not show the switching state of the electronic interruption unit.
  • the switching state of the electronic interruption unit should be displayed when the switching state has been changed via the timer TIME / is switched on or off.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
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  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät (SG) zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises mit: - einem Gehäuse (GEH) mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und mindestens einem lastseitigen Anschluss, - einer mechanischen Trennkontakteinheit (MK), die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist, wobei die Serienschaltung einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden ist, - dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann, - dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann, - dass die Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises ermittelt wird und bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, - dass mittels eines Zeitgebers (TIME) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden kann.

Description

Beschreibung
Schutzschaltgerät und Verfahren
Die Erfindung betri f ft das technische Gebiet eines Schutz- schaltgerätes für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit .
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 Uberstrom- schut zeinrichtungen, 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 sind relativ neuartige Entwicklungen . Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit 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 ist sowohl für Niederspannungsgleichstromkreise als auch für Niederspannungswechselspannungsstromkreise einsetzbar. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Niederspannungswechselstromkreise, mit einer Wechselspannung, üblicherweise mit einer zeitabhängigen sinusförmigen Wechselspannung mit der Frequenz f. Die zeitliche Abhängigkeit des momentanen Spannungswertes u(t) der Wechselspannung ist durch die Gleichung: u(t) = U * sin (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 13 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Niederspannungswechselstromkreises , vorgeschlagen, aufweisend :
- ein Gehäuse mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und mindestens einem lastseitigen Anschluss , beide für den Niederspannungsstromkreis ,
- eine mechanische Trennkontakteinheit , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist , wobei die Serienschaltung einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öf fnen mindestens eines Kontaktes zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen des mindestens einen Kontaktes für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- einer Stromsensoreinheit , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises ,
- einer Steuerungseinheit , die mit der Stromsensoreinheit , der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbunden ist , wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, insbesondere durch einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit . Erfindungsgemäß weist das Schutzschaltgerät einen Zeitgeber auf . Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass mittels des Zeitgebers die elektronische Unterbrechungseinheit in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist .
Der Zeitgeber ist im Schutzschaltgerät vorteilhaft integriert und insbesondere mit der Steuerungseinheit verbunden .
Dies hat den Vorteil , dass neben den für den Niederspannungsstromkreises wichtigen Schutz funktionen (um diesen zu schützen und abzusichern) weiterhin eine Zeitschalt funktion integriert ist , mit dem expli zit die elektronische Unterbrechungseinheit schaltbar ist , so dass Platz- und Bauraum, insbesondere in Unterverteilungen, gespart wird .
In vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist die Zeitschaltfunktion insbesondere mit den schutzschaltgeräteseitigen externen und internen Schutz funktionen sowie Uberprü- fungs funktionen 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 die mechanische Trennkontakteinheit dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) dem netzseitigen Anschluss zugeordnet ist . Insbesondere ist die mechanische Trennkontakteinheit durch eine mechanische Handhabe bedienbar, um ein Öf fnen des mindestens einen Kontaktes oder ein Schließen des mindestens einen Kontaktes zu schalten .
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 .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei netzseitige Anschlüsse und mindestens ein lastseitiger Anschluss vorgesehen . Insbesondere sind ein netzseitiger Phasenleiteranschluss , ein netzseitiger Neutralleiteranschluss und ein lastseitiger Phasenleiteranschluss vorgesehen .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Struktur für ein Schutzschaltgerät gegeben ist , bei der einerseits eine Energieversorgung des Schutzschaltgerätes gegeben ist und andererseits ein platzsparender Aufbau durch nur einen geschalteten Pol ermöglicht wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei netzseitige Anschlüsse und zwei lastseitige Anschlüsse vorgesehen . Insbesondere sind ein netzseitiger Neutralleiteranschluss , ein netzseitiger Phasenleiteranschluss , ein lastseitiger Neutralleiteranschluss und ein lastseitiger Phasenleiteranschluss vorgesehen .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Struktur für ein zweipoliges Schutzschaltgerät gegeben ist , so dass Phasen- und Neutralleiter direkt angeschlossen werden können und beispielsweise weitere Neutralleiterschienen entfallen können .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind am Schutzschaltgerät zugängliche Eingabemittel vorgesehen, zur Eingabe von Einstellungen/Parametern des Zeitgebers ( TIME ) . Die Parametrierung bzw . Einstellung kann wie bei heute typischerweise am Markt verfügbaren Zeitschaltuhren erfolgen . Gleiches gilt für die Einstellmöglichkeiten, wie z . B . Minuten- , Stunden- , Tages- , Wochen- oder Jahresprogramm .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass die direkt am Schutzschaltgerät die Einstellungen vorgenommen werden können .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mittels des Zeitgebers die elektronische Unterbrechungseinheit nur dann in einen niederohmigen Zustand schaltbar, wenn eine Freigabebedingung vorliegt . Insbesondere ist bei einem durch eine Schutz funktion des Schutzschaltgerätes bedingten hochohmigen Zustand der elektronische Unterbrechungseinheit diese durch den Zeitgeber TIME nicht in den niederohmigen Zustand schaltbar ( insbesondere zumindest nicht innerhalb einer ersten Zeitdauer nach dem hochohmig werden) .
Die erste Zeitdauer kann im Bereich 10 Sekunden liegen 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 der elektronische Unterbrechungseinheit (beispielweise bei/nach Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten) dieser hochohmige Zustand durch den Zeitgeber nicht verändert werden kann, d . h . zwangsweise (möglicherweise sofort ) wieder der niederohmige Zustand eingeschaltet werden kann . So dass das Schutzgerät erst nach einer Quittierung des Fehlers oder nachdem der Fehler nicht mehr vorhanden ist , wieder niederohmig schaltbar ist bzw . geschaltet werden kann .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind schutzschaltgeräteseitige Uberprüfungs funktionen, die a) eine im hochohmigen Zustand befindliche elektronische Unterbrechungseinheit für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand schalten oder (und) b) eine im niederohmigen Zustand befindliche elektronische Unterbrechungseinheit für eine zweite Zeitspanne in den hochohmigen Zustand schalten, durch den Zeitgeber nicht beeinflussbar ( d . h . die Uberprüfungs funktionen werden unabhängig vom ( Status des ) Zeitgeber durchgeführt ) .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass Uberprüfungs funktionen des Schutzschaltgerätes durch den Zeitgeber nicht beeinflusst werden und so eine Funktionssicherheit insbesondere durch Uberprüfungs 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 kann mittels des Zeitgebers der mindestens eine Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit geöf fnet werden, insbesondere das konfigurierbar ist , ob mittels des Zeitgebers : a) die elektronische Unterbrechungseinheit in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist oder b) der mindestens eine Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit öf fenbar ist .
Dies kann konfigurierbar sein .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine weitere Flexibilität und Funktionserweiterung des Schutzschaltgerätes gegeben ist .
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 .
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 Unterbrechungseinheit oder ( alternativ : und) zur Anzeige von Einstellungen des Zeitgebers .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Visualisierung des Zustandes der elektronischen Unterbrechungseinheit bzw . von Parametern des Zeitgebers gegeben ist . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass bei einem durch den Zeitgeber initiierten hochohmigen Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit dieser hochohmige Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit beim Stromnulldurchgang hergestellt wird .
Beim Stromnulldurchgang 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 Unterbrechungseinheit , insbesondere deren halbleiterbasierter Schaltelemente , reduziert wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene ( erste ) Spannungssensoreinheit vorgesehen, zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises , insbesondere dass Momentanwerte der Höhe der Spannung vorliegen . Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass bei einem durch den Zeitgeber initiierten niederohmigen Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit dieser niederohmige Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit beim Spannungsnulldurchgang hergestellt wird . Alternativ oder zusätzlich, dass bei einem durch den Zeitgeber initiierten hochohmigen Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit dieser hochohmige Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit beim Spannungsnulldurchgang hergestellt wird .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein weiteres quasi leistungsloses Schalten unterstützt wird und so die Belastung der elektronischen Unterbrechungseinheit , 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) .
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen (halbleiterbasierten) Schaltelementen mit den gleichen und weiteren Vorteilen beansprucht .
Das Verfahren für ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit :
- einem Gehäuse mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und mindestens einem lastseitigen Anschluss ,
- einer mechanischen Trennkontakteinheit , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist , wobei die Serienschaltung einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öf fnen von mindestens eines Kontaktes zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen des mindestens einen Kontaktes für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann,
- dass die Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises ermittelt wird und bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,
- dass mittels eines Zeitgebers die elektronische Unterbrechungseinheit in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden kann . Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw . 13 , 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 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 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises , insbesondere Niederspannungswechselstromkreis , mit einem Gehäuse GEH, aufweisend :
- einen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG, einem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG, einem lastseitigen Neutralleiteranschluss NL, einem lastseitigen Phasenleiteranschluss LL des Niederspannungsstromkreises ; an der Netzseite Grid ist üblicherweise eine Energiequelle angeschlossen, an der Lastseite Load ist üblicherweise ein Verbraucher angeschlossen;
- eine ( zweipolige ) mechanische Trennkontakteinheit MK mit lastseitigen Anschlusspunkten APLL, APNL und netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG, wobei für den Neutralleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt APNL, für den Phasenleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt APLL, für den Neutralleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt APNG, für den Phasenleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt APLG vorgesehen ist . Die lastseitigen Anschlusspunkte APNL, APLL sind mit den lastseitigen Neutral- und Phasenleiteranschlüssen NL, LL verbunden, so dass ein Öf fnen von Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist , die mechanische Trennkontakteinheit kann auch als einpolige mechanische Trennkontakteinheit ausgeführt sein, d . h . mit einem Kontakt , wobei der Kontakt KKL bevorzugt im Phasenleiter L angeordnet ist , ein durch das Schutzschaltgerät SG durchgehender Neutralleiter N ist dann nicht vorgesehen,
- eine , insbesondere einpolige , elektronische Unterbrechungseinheit EU, ( die bei einpoliger Aus führung insbesondere im Phasenleiter L angeordnet ist , ) mit einem netzseitigen Verbindungspunkt EUG, der mit dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG in elektrischer Verbindung steht , und einem lastseitigen Verbindungspunkt EUL, der mit dem netzseitigen Anschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK in elektrischer Verbindung steht bzw . verbunden ist , wobei die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Nieder spannungs Stromkreis aufweist ,
- eine Stromsensoreinheit S I , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises , die insbesondere im Phasenleiter L angeordnet ist ,
- einer Steuerungseinheit SE , die mit der Stromsensoreinheit SI , der mechanischen Trennkontakteinheit MK und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden ist , wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird .
Erfindungsgemäß weist das Schutzschaltgerät SG einen Zeitgeber TIME auf . Der Zeitgeber TIME ist gemäß Figur 1 mit der Steuerungseinheit SE verbunden . Das Schutzschaltgerät SG ist derart ausgestaltet , dass mittels des Zeitgebers TIME die elektronische Unterbrechungseinheit EU in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist .
Ferner kann eine mit der Steuerungseinheit SE verbundene erste Spannungssensoreinheit SUA vorgesehen sein, die die Höhe der Spannung, insbesondere Momentanwerte der Höhe der Spannung, des Niederspannungsstromkreises , insbesondere an den netzseitigen Anschlüssen LG, NG, speziell zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasenleiteranschluss LG, ermittelt . Vorteilhaft erfolgt die Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit EU in den niederohmigen Zustand, insbesondere durch den Zeitgeber TIME , dann, wenn der Betrag des Momentwertes der Höhe der Spannung eine erste Spannungsgrenze , die insbesondere kleiner oder gleich 50 Volt ( oder 25 Volt oder 10 Volt ) ist , unterschreitet .
Z . B . Wenn ( in dem Moment ) über den Zeitgeber TIME die elektronische Unterbrechungseinheit EU in den niederohmigen Zustand ( eingeschaltet ) geschaltet werden soll , wird das Einschaltsignal von der Steuerungseinheit SE zur elektronischen Unterbrechungseinheit EU erst dann gesendet , wenn der Momentanwert der Höhe der Spannung die erste Spannungsgrenze , die insbesondere kleiner oder gleich 50 Volt ist , unterschreitet . Es entsteht somit ein zeitlicher Versatz zwischen dem Moment des (Ein) -Schalt-Zeitpunktes vom Zeitgeber TIME und dem niederohmigen Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit EU von bis zu ca . 10 ms (bei 50 Hz Netz frequenz ) . Analoges gilt für das vom Zeitgeber TIME initiierte hochohmig Schalten der elektronischen Unterbrechungseinheit EU . Beim durch den Zeitgeber TIME initiierten hochohmig Schalten der elektronischen Unterbrechungseinheit kann an Stelle der ersten Spannungsgrenze alternativ die erste Stromgrenze verwendet werden .
Allgemein bilden die mechanische Trennkontakteinheit MK und die elektronische Unterbrechungseinheit EU eine Serienschaltung . Die Serienschaltung ist einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden . Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann vorteilhaft dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit EU dem netzseitigen Anschluss zugeordnet sein, wie in Figur 1 dargestellt .
Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann durch eine mechanische Handhabe HH bedienbar sein, um ein Öf fnen von Kontakten oder ein Schließen der Kontakte zu schalten, wie bei einem klassischen Leitungsschalter respektive Miniatur Circuit Breaker (MCB ) .
Die Steuerungseinheit SE kann einen Mikrocontroller MP (Mikrocontrollerunit ) aufweisen .
Es kann ferner eine mit der Steuerungseinheit SE verbundene zweite Spannungssensoreinheit SUB vorgesehen sein, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt .
Zwischen den netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG der mechanischen Trennkontakteinheit MK kann eine Messimpedanz ZM geschaltet sein . Die Messimpedanz ZM kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand oder/und Kondensator sein . Die Messimpedanz kann ferner eine Induktivität sein . Insbesondere kann die Messimpedanz eine Serienschaltung oder Parallelschaltung eines Widerstandes oder/und Kondensator oder/und Induktivität sein .
Im Beispiel gemäß Figur 1 ist die elektronische Unterbrechungseinheit EU einpolig ausgeführt , im Beispiel im Phasenleiter . Hierbei ist der netzseitige Anschlusspunkt APNG für den Neutralleiter der mechanischen Trennkontakteinheit MK mit den netzseitigen Neutralleiteranschluss NG des Gehäuses GEH verbunden . Bei einer einpoligen Variante kann diese Verbindung entfallen, als auch der Neutralleiterkontakt KKN, der mechanischen Trennkontakteinheit .
Das Schutzschaltgerät SG ist vorteilhaft derart ausgestaltet , dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch die Steuerungseinheit SE geöf fnet , aber nicht geschlossen werden können, was durch einen Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet ist . Ein Öf fnungssignal TRIP von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakteinheit MK kann den mindestens einen Kontakt öf fnen . D . h . z . B . kann der mindestens eine Kontakt / können die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK in einer Ausgestaltung mittels des Zeitgebers TIME geöf fnet , aber nicht geschlossen werden .
Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist durch eine mechanische Handhabe HH am Schutzschaltgerät SG bedienbar, um ein manuelles (händisches ) Öf fnen oder ein Schließen der Kontakte KKL, KKN zu schalten . Die mechanische Handhabe HH zeigt ( speziell durch eine mechanische Verbindung zwischen Kontakten und Handhabe ) den Schalt zustand ( Of fen oder Geschlossen) der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK am Schutzschaltgerät an .
Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist vorteilhaft derart ausgestaltet , dass ein (manuelles ) Schließen der Kontakte durch die mechanische Handhabe erst nach einer Freigabe (Enable ) , insbesondere einem Freigabesignal , möglich ist . Dies ist ebenfalls durch den Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet . D . h . , die Kontakte KKL, KKN der mechanischen Trennkontakteinheit MK können durch die Handhabe HH erst bei Vorliegen der Freigabe bzw . des Freigabesignals (von der Steuerungseinheit ) geschlossen werden . Ohne die Freigabe bzw . das Freigabesignal kann die Handhabe HH zwar betätigt , die Kontakte aber nicht geschlossen werden ( „Dauerrutscher" ) .
Das Schutzschaltgerät SG weist eine Energieversorgung NT , beispielsweise ein Netzteil , auf . Insbesondere ist die Energieversorgung NT für die Steuerungseinheit SE vorgesehen, was durch eine Verbindung zwischen Energieversorgung NT und Steuerungseinheit SE in Figur 1 angedeutet ist . Die Energieversorgung NT ist ( andererseits ) mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG verbunden . In die Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG ( oder/und Phasenleiteranschluss LG) kann vorteilhaft eine Sicherung SS , insbesondere Schmel zsicherung, oder/und Schalter vorgesehen sein .
Im Falle eines rein einpoligen Schutzschaltgerätes erfolgt die Energieversorgung durch eine externe Energiequelle / weitere Anschlüsse .
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 mechanische Trennkontakteinheit MK kann in einer ersten Variante einpolig unterbrechen . D . h . es wird nur ein Leiter (der beiden/mehrere Leiter ) , insbesondere der aktive Leiter respektive Phasenleiter unterbrochen, d . h . weist einen mechanischen Kontakt auf . Der Neutralleiter ist dann kontaktfrei , d . h . der Neutralleiter ist direkt verbunden . In einer zweiten Variante der mechanischen Trennkontakteinheit MK weist der Neutralleiter ebenfalls mechanische Kontakte auf , wie in Figur 1 eingezeichnet .
Mit 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 ) , - (mechanische ) Kontaktstellungsanzeige der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit , -Freiauslösung, d . h . eine Betätigung zur Unterbrechung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe oder Steuerungseinheit ist immer möglich, so dass keine (dauerhafte ) Blockierung der Kontakte in den geschlossenen Zustand durch die Handhabe möglich ist , gemeint .
Ferner kann die normgerechte Trennfunktion eine Abschließbar- keit der Trennkontakteinheit bzw . der Handhabe im ein- oder ausgeschalteten Zustand aufweisen .
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 Vorschri ften bzw . Normen . Diese Vorschri ften geben beispielsweise bei Luft für eine Stoßspannungs festigkeit die Mindestluf tstrecke für ein inhomogenes und ein homogenes ( ideales ) elektrisches Feld in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad an . Die Stoßspannungs festigkeit 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 geöf fneten Trennkontakte in der Ausstellung ( Geöf fnet Stellung, geöf fnete Kontakte ) in Abhängigkeit von der Bemessungsstoßspannungs festigkeit 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 2 zeigt eine Abbildung gemäß Figur 1 , wobei einzelne Einheiten fehlen und weitere Einheiten, teilweise detaillierter, dargestellt sind .
In Figur 2 ist eine Di f ferenzstromsensoreinheit ZCT vorgesehen, zur Ermittlung eines Di f ferenzstromes der Leiter des Niederspannungsstromkreises , beispielsweise zur Realisierung der Funktion eines klassischen Fehlerstromschutzschalters .
Die Di f ferenzstromsensoreinheit ZCT ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden .
Die Steuerungseinheit SE , die beispielsweise einen Mikrocontroller MP (Mikrocontrollerunit ) aufweist , ist hinsichtlich ihrer Funktionen detaillierter dargestellt .
Der Zeitgeber TIME ist Teil der Steuerungseinheit SE . Der Zeitgeber TIME ist mit einer Zeitgeberparametrierungs funktion TSP ( Zeitschalten Parametrierung) verbunden . Die Zeitgeberpa- rametrierungs funktion TSP ist mit einer Schaltlogikfunktion SE verbunden .
Die Schaltlogikfunktion SE ist ferner mit Schutz funktionen verbunden, im Beispiel mit einer internen Schutz funkton IPF, für die interne Überprüfung und Meldung der Fehlerf reiheit des Schutzschaltgerätes SG, und einer externen Schutz funktion CPF, die den Niederspannungsstromkreis überwacht und ein Überstromereignis , Kurzschluss , ( ( Di f f erenz- ) Fehlerstrom) etc . im Niederspannungsstromkreis meldet .
Weiterhin gibt die Schaltlogikfunktion SF ein Signal (bei- spielsweis zum niederohmig werden) an die elektronische Unterbrechungseinheit EU, wie z . B . in Figur 2 eingezeichnet . Wenn das Schutzschaltgerät keinen internen Fehler aufweist , was durch die interne Schutz funktion IPF gemeldet wird und kein externer Fehler im zu schützenden Niederspannungsstromkreis vorliegt , was durch die externe Schutz funkton CPF gemeldet wird, beide Meldungen erfolgen an die Schaltlogikfunkton SF, liegt eine Freigabebedingung vor und die elektronische Unterbrechungseinheit kann über den Zeitgeber TIME in einen niederohmigen ( oder hochohmigen) Zustand geschaltet werden (Verbindung der Schaltlogikfunktion SF mit der elektronische Unterbrechungseinheit EU ( Pfeil dorthin) .
Durch die Schaltlogikfunktion SF wird im Schutzschaltgerät sichergestellt , dass die Schutz funktionen IPF, CPF, die auf die Steuerbarkeit der elektronische Unterbrechungseinheit EU angewiesen sind, diese bei Bedarf immer sicher schalten können . Wird eine Schutz funktion aktiviert , kann die elektronische Unterbrechungseinheit nicht durch den Zeitgeber TIME gesteuert werden . I st kein Schutz zustand aktiv ( Freigabebedingung) , wird die Steuerbarkeit durch den Zeitgeber TIME für die elektronische Unterbrechungseinheit freigegeben .
Das gleiche Prinzip gilt für schutzschaltgeräteseitige Uber- prüfungs funktionen ( interne Gerätefunktionen) . Diese schutz- schaltgeräteseitige Uberprüfungs funktionen / internen Gerätefunktionen grei fen ebenfalls auf die elektronische Unterbrechungseinheit EU zu . Eine interne Gerätefunktion kann z . B . eine kurze Schalthandlung für z . B . eine Geräte-Diagnose Funktion sein . Wird diese Funktion ausgeführt , ist für diesen Moment die Steuerbarkeit über den Zeitgeber TIME nicht möglich . D . h . schutzschaltgeräteseitige Uberprüfungs funktionen, die a) eine im hochohmigen Zustand befindliche elektronische Unterbrechungseinheit EU für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand schalten oder b) eine im niederohmigen Zustand befindliche elektronische Unterbrechungseinheit EU für eine zweite Zeitspanne in den hochohmigen Zustand schalten, sind (bzw . werden) durch den Zeitgeber TIME nicht beeinflussbar (beeinflusst ) . Das Schutzschaltgerät SG kann alternativ oder zusätzlich auch derart ausgestaltet sein, dass konfigurierbar ist , dass durch den Zeitgeber TIME der mindestens eine Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) geöf fnet wird .
Das Schutzschaltgerät SG arbeitet beispielsweise prinzipiell derart , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit 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 3 zeigt eine Abbildung gemäß Figur 1 bzw . 2 , mit weiteren Einheiten .
Es ist eine ( insbesondere eine drahtlose Kommunikation ermöglichende ) Kommunikationseinheit COM vorgesehen, die mit der Steuerungseinheit SE verbunden ist bzw . ein Teil dieser ist . Mit der Kommunikationseinheit COM können alternativ oder zusätzlich Parameter des Zeitgebers TIME eingestellt werden (Einstellungen vorgenommen werden) .
Weiterhin ist eine Anzeigeeinheit AE vorgesehen . Die Anzeigeeinheit AE kann als kombinierte Anzeige- und Eingabeeinheit ausgestaltet sein . Die Anzeigeeinheit AE (Anzeige- und Eingabeeinheit ) ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden bzw . ein Teil dieser . Die Anzeigeeinheit weist am Schutzschaltgerät sichtbare Anzeigemittel auf (beispielsweise eine LED-Anzeige ) , insbesondere zur Anzeige des hochohmigen oder niederohmigen Zustandes der elektronischen Unterbrechungseinheit EU oder (und) zur Anzeige von Einstellungen des Zeitgebers TIME .
Die Anzeigeeinheit AE kann alternativ oder zusätzlich am Schutzschaltgerät SG zugängliche Eingabemittel aufweisen, zur Eingabe von Parametern des Zeitgebers TIME ( so dass Einstellungen vorgenommen werden können) .
Im Folgenden wird die Erfindung mit teilweise anderen Worten beschrieben .
In neuartigen elektronischen Schutzschaltgeräten werden Kontakte ( einer mechanischen Trennkontakteinheit ) in Kombination mit einem elektronischen Schalter / halbleiterbasierte Schaltelemente ( einer elektronischen Unterbrechungseinheit ) eingesetzt . Die Steuerbarkeit dieser Schaltelemente durch einen Zeitgeber TIME ist eine neuartige Möglichkeit die Funktionen des Schutzschaltgerätes zu erweitern . Gleichzeitig wird sichergestellt , dass die Steuerbarkeit der halbleiterbasierten Schaltelemente / der elektronischen Unterbrechungseinheit die sicherheitsrelevanten Schutz funktionen des Schutzschaltgerätes nicht beeinträchtigt .
Die Steuerungseinheit SE kann die elektronischen Unterbrechungseinheit EU 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 Schutz funktionen aus führen, wie Kurzschluss-Schutz , Überlast-Schutz , Di f f erenz-Feh- lerstrom-Schut z , Brandschutz , Uberspannungsschut z , Unterspannungsschutz , Ubertemperaturschut z . Überlast-Schutz ist beispielsweise die Überschreitung von ersten Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten . Kurzschlussschutz ist beispielsweise die Überschreitung von zweiten (höheren) Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten . Di f f erenz-Feh- lerstrom-Schut z 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 Überspannungsschutz , Unterspannungsschutz , Übertemperaturschutz .
Erfindungsgemäß kommt ein Zeitgeber TIME hinzu . Über diesen Zeitgeber TIME kann der Schalt zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit EU gesteuert werden . Da die elektronische Unterbrechungseinheit EU insbesondere für das Aus führen von Schutz funktionen benötigt wird, gibt die Steuereinheit SE ein Signal vom Zeitgeber TIME zum niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit EU nur dann an die elektronische Unterbrechungseinheit EU weiter, wenn von den hinterlegten Schutz funktionen keine einen Fehler detektiert hat , d . h . eine Freigabebedingung vorliegt . Insbesondere kann bei einem festgestellten Fehler, d . h . wenn die elektronische Unterbrechungseinheit EU im hochohmigen Zustand ist , der Zeitgeber TIME diesen Zustand nicht ändern ( d . h . nicht niederohmig schalten) .
D . h . mittels des Zeitgebers TIME ist die elektronische Unterbrechungseinheit EU nur dann in den niederohmigen Zustand schaltbar, wenn eine Freigabebedingung vorliegt . Insbesondere , dass bei einem durch eine Schutz funktion des Schutzschaltgerätes bedingten hochohmigen Zustand der elektronische Unterbrechungseinheit EU ist diese durch den Zeitgeber TIME nicht in den niederohmigen Zustand schaltbar . Mit festgestelltem Fehler im Schutzschaltgerät ist insbesondere ein Gerätefehler gemeint , wie beispielsweise eine defekte Stromsensoreinheit , defekte Unterbrechungseinheit , Ubertemperatur . Ferner kann dies auch bei externen Fehlern, wie Überspannung oder Unterspannung (Ef fektivwert der Spannung für eine gewisse Zeit unterschritten) der Fall sein . Weiterhin kann dies die normalen Schutz funktionen 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 schutzschaltgeräteseitige Überprüfungsfunktionen / interne Gerätefunktionen, z . B . zur Geräte-Diag- nose oder Inrush-Handling . D . h . schutzschaltgeräteseitige Überprüfungs funktionen, die a) eine im hochohmigen Zustand befindliche elektronische Unterbrechungseinheit EU für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand schalten oder (und) b) eine im niederohmigen Zustand befindliche elektronische Unterbrechungseinheit EU für eine zweite Zeitspanne in den hochohmigen Zustand schalten, sind durch den Zeitgeber TIME nicht beeinflussbar .
Durch diese kurzen Schalthandlungen kann beispielsweise die elektronische Unterbrechungseinheit EU getestet werden oder die Funktions fähigkeit der Stromsensoreinheit S I 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 Unterbrechungseinheit EU (bzw . deren Schaltelemente ) ist somit über den Zeitgeber TIME nur möglich, wenn das Schutzschaltgerät im fehlerfreien Zustand ist oder/und kein Fehler an den lastseitigen An- schluss/Anschlüssen ( am Lastabgang) erkannt wurde ( eine Freigabebedingung liegt vor ) . Diese Aufgabe wird durch die Schaltlogikfunktion SF übernommen . Der Zeitgeber TIME kann somit nicht direkt auf die elektronische Unterbrechungseinheit (bzw . dessen Schaltelemente ) steuernd zugrei fen, sondern nur an die Schaltlogikfunktion SF ein Signal zum Ein- oder Ausschalten der elektronischen Unterbrechungseinheit senden . Die Schaltlogikfunktion SF stellt derart sicher, dass die Schutz funktionen immer vorrangig auf die elektronische Unterbrechungseinheit wirken können .
Dies gilt nicht nur für die Schutz funktionen des Schutz- schaltgerätes , sondern auch für die Uberprüfungs funktionen des Schutzschaltgerätes , die insbesondere die Schaltbarkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit überprüfen, indem diese z . B . für die ( kurze ) erste oder zweite Zeitspanne ein- oder aus-geschaltet werden .
Die Anzeige der Kontaktstellung der mechanischen Trennkontakteinheit wird durch die Handhabe realisiert , diese Anzeige durch die Handhabe zeigt nicht den Schalt zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit an .
Insbesondere soll die Anzeige des Schalt zustandes der elektronischen Unterbrechungseinheit dann erfolgen, wenn der Schalt zustand über den Zeitgeber TIME verändert wurde / ein- oder ausgeschaltet wird .
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 Niederspannungsstromkreises aufweisend :
- ein Gehäuse ( GEH) mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und mindestens einem lastseitigen Anschluss ,
- eine mechanische Trennkontakteinheit (MK) , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist , wobei die Serienschaltung einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öf fnen von mindestens einem Kontakt zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen des mindestens einen Kontaktes für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- einer Stromsensoreinheit ( S T ) , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises ,
- einer Steuerungseinheit ( SE ) , die mit der Stromsensoreinheit ( S T ) , der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) verbunden ist , wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenz- werten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,
- dass das Schutzschaltgerät ( SG) einen Zeitgeber ( TIME ) aufweist ,
- dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass mittels des Zeitgebers ( TIME ) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist .
2 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) dem netzseitigen Anschluss zugeordnet ist, insbesondere, dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch eine mechanische Handhabe bedienbar ist, um ein Öffnen von Kontakten oder ein Schließen der Kontakte zu schalten.
3. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei netzseitige Anschlüsse und mindestens ein lastseitiger Anschluss vorgesehen sind.
4. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei netzseitige Anschlüsse und zwei lastseitige Anschlüsse vorgesehen sind.
5. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Schutzschaltgerät (SG) zugängliche Eingabemittel vorgesehen sind, zur Eingabe von Einstellungen/Parametern des Zeitgebers (TIME) .
6. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Zeitgebers (TIME) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) nur dann in einen niederohmigen Zustand schaltbar ist, wenn eine Freigabebedingung vorliegt, insbesondere, dass bei einem durch eine Schutzfunktion des Schutzschaltgerätes bedingten hochohmigen Zustand der elektronische Unterbrechungseinheit (EU) diese durch den Zeitgeber (TIME) nicht in den niederohmigen Zustand schaltbar ist.
7. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass schutzschaltgeräteseitige Überprüfungs funktionen, die a) eine im hochohmigen Zustand befindliche elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand schalten oder b) eine im niederohmigen Zustand befindliche elektronische Unterbrechungseinheit (EU) 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 ) der mindestens eine Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) geöf fnet werden kann, insbesondere das konfigurierbar ist , ob mittels des Zeitgebers ( TIME ) a) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist oder b) der mindestens eine Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) öf fenbar ist .
9. 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 .
10 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass eine mit der Steuerungseinheit ( SE ) verbundene Anzeigeeinheit vorgesehen ist , die am Schutzschaltgerät sichtbare Anzeigemittel aufweist , zur Anzeige des hochohmigen oder niederohmigen Zustandes der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) oder (und) zur Anzeige von Einstellungen 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 ) initiierten hochohmigen Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit dieser hochohmige Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit beim Stromnulldurchgang hergestellt wird .
12 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , dass eine mit der Steuerungseinheit ( SE ) verbundene erste Spannungssensoreinheit ( SUA) vorgesehen ist , zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises , insbesondere dass Momentanwerte der Höhe der Spannung vorliegen, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass bei einem durch den Zeitgeber ( TIME ) initiierten niederohmigen Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit dieser niederohmige Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit beim Spannungsnulldurchgang hergestellt wird oder/ und dass bei einem durch den Zeitgeber ( TIME ) initiierten hochohmigen Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit dieser hochohmige Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit beim Spannungsnulldurchgang hergestellt wird .
13 . Verfahren für ein Schutzschaltgerät ( SG) zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises mit :
- einem Gehäuse ( GEH) mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und mindestens einem lastseitigen Anschluss ,
- einer mechanischen Trennkontakteinheit (MK) , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist , wobei die Serienschaltung einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann,
- dass die Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises ermittelt wird und bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,
- dass mittels eines Zeitgebers ( TIME ) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden kann .
14 . Verfahren für ein Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 13 , dadurch gekennzeichnet , dass mittels des Zeitgebers ( TIME ) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) nur dann in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, wenn eine Freigabebedingung vorliegt , insbesondere , dass bei einem durch eine Schutz funktion des Schutzschaltgerätes bedingten hochohmigen Zustand der elektronische Unterbrechungseinheit (EU) diese durch den Zeitgeber TIME nicht in den niederohmigen Zustand geschaltet werden kann .
15 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 13 oder 14 , dadurch gekennzeichnet , dass schutzschaltgeräteseitige Uberprüfungs funktionen, die a) eine im hochohmigen Zustand befindliche elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand schalten oder b) eine im niederohmigen Zustand befindliche elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine zweite Zeitspanne in den hochohmigen Zustand schalten, durch den Zeitgeber ( TIME ) nicht beeinflusst werden .
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