WO2009010154A2 - Schutzschalter mit magnetfeldsensitivem sensor - Google Patents

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WO2009010154A2
WO2009010154A2 PCT/EP2008/005062 EP2008005062W WO2009010154A2 WO 2009010154 A2 WO2009010154 A2 WO 2009010154A2 EP 2008005062 W EP2008005062 W EP 2008005062W WO 2009010154 A2 WO2009010154 A2 WO 2009010154A2
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control device
sensor
coil
switching mechanism
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Ricardo Pimenta
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Ellenberger & Poensgen Gmbh
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    • 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
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    • H01H71/123—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit
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    • H01H2071/124—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit with a hybrid structure, the solid state trip device being combined with a thermal or a electromagnetic trip

Definitions

  • the invention relates to a magnetic circuit breaker with a fixed contact, which is connected to a first switch terminal, and with a movable contact which is mechanically coupled via a switching mechanism with a magnetic armature and electrically connected to a magnetic armature actuating coil, which is connected to a second switch terminal ,
  • Such a circuit breaker usually serves to switch off electrical circuits or individual consumers when permissible current or voltage values are exceeded, in particular in the event of overload or short circuit.
  • the circuit breaker automatically disconnects the circuit as soon as a rated current is exceeded by a certain factor.
  • the circuit breaker usually includes a current measuring function, a contact system, usually with a movable contact and a fixed contact, and a switching mechanism (switch lock) with switching and operating levers.
  • circuit breaker With regard to the types of circuit breaker, it is possible in principle to differentiate between mechanical circuit breakers and electronic circuit breakers. Within the mechanical circuit breaker in turn can be distinguished by the type of current measurement and tripping, namely thermal, magnetic, thermal-magnetic or hydraulic-magnetic.
  • a circuit breaker with magnetic release from a coil generates a magnetic field that exerts a force on a movably mounted submersible or hinged armature with which the switch lock is unlocked within a few milliseconds, so that the circuit breaker triggers and disconnects the connected circuit.
  • the characteristic of such a circuit breaker has no delayed range, which, however, allows a correspondingly high breaking capacity at high currents.
  • a tube-shaped hydraulic element which is filled with oil and is movable against the force of a return spring is located within a coil winding through which current flows Iron core contains. This allows for an influenceable by the viscosity of the oil time corresponding to time-delayed movement of the magnet armature which is movable analogously to the purely magnetic circuit breaker, which in turn triggers the switching operation.
  • This principle allows a delayed response of the circuit breaker, the typical characteristics consist of a delayed and an instantaneous range. Compared to a thermal-magnetic circuit breaker, however, the transition between the delayed and the instantaneous region is not vertical, but obliquely downward, since the magnetic inertia of the core, frictional effects and the damping of the oil make the magnetic flux necessary for tripping is reached before the iron core has been moved completely into the current-carrying coil.
  • the invention has for its object to provide a comparatively cost-saving circuit breaker, in which the advantages of a mechanical circuit breaker, in particular a magnetic-hydraulic circuit breaker, and the advantages of an electronic circuit breaker are as far as possible combined.
  • a magnetic field-sensitive sensor for detecting the current, d. H. operational coil current provided.
  • a control device connected to the sensor is provided and configured to compare the sensor signal with a stored tripping characteristic and, upon reaching a tripping value, generate a control signal for tripping operation of the switching mechanism, in particular a switching mechanism.
  • the invention is based on the consideration that it can be assumed on the one hand by a comparatively cost-saving mechanical circuit breaker, when a suitable current detection is provided, by means of which a reliable ge control of the circuit breaker or its trigger mechanism is possible. On the other hand, an electronics would then only have to take over the evaluation of the detected current (current signal) and the generation of a control signal for the otherwise mechanical release of the circuit breaker, which in turn is comparatively cost-saving in terms of the electronic part of the circuit breaker.
  • the total cost and the total cost can also be further reduced if a corresponding electronic control device controls several similar mechanical circuit breaker based on the respective individually detected power signals.
  • a connection of a plurality of mechanical circuit breakers to the control device via a data bus system for the signal transmission both with respect to the current detection and the control (control) of the mechanisms of the individual circuit breaker take place, with respect a data exchange between the circuit breakers and the control device is particularly advantageous.
  • the magnetic field-sensitive sensor can work according to the AMR effect (anisotropic magnetoresistive effect) or according to the GMR effect (giant magneto resistance).
  • a Hall sensor i. H. a Hall probe or a HaII IC provided. This detects the magnetic field generated by the current flowing through the coil of the mechanical circuit breaker (magnetic flux density or induction) and generates a sensor signal that characterizes the time course of the current flowing through the coil - and thus via the switch contacts of the mechanical circuit breaker ,
  • the magnetic field-sensitive sensor which is expediently inserted into the coil, the current measurement takes place indirectly via the detection of the magnetic field generated by the current-carrying coil and thus without contact, d. H. preferably galvanically isolated.
  • control device connected on the input side to the sensor is connected on the output side to an actuator coupled to the switching mechanism (switch lock).
  • an electromagnetic actuator is suitably provided as a drive, which is electrically connected to the control device and mechanically coupled to the switching mechanism.
  • the control device preferably comprises a programmable memory for storing a specific tripping characteristic or a number of different tripping characteristics.
  • a particularly simple adaptation of the tripping characteristic of the protective device to particular applications or applications is made possible by programming the erasable or rewritable memory (ROM, RAM, EPROM EEPROM, for example) with corresponding tripping values or characteristic curves.
  • control device preferably has a microcontroller or processor which, by accessing the memory, compares the sensor signal or the coil current characteristic of the latter with the tripping characteristic or the stored tripping values and optionally generates the control signal.
  • control device suitably has a plurality of inputs for connecting a corresponding number of sensors. Analogously, the control device then has a number of outputs for connecting a corresponding number of actuators.
  • a circuit breaker is provided in which on the one hand virtually any of its tripping characteristic determining characteristic curve can be realized, which can also be changed or, for example, consumer-specific learning.
  • a short-circuit protection is also given if the controller fails, since the circuit breaker then behaves like a purely mechanical, in particular magnetic circuit breaker.
  • the invention also makes it possible to provide a particularly cost-saving circuit breaker system with a plurality of mechanical circuit breakers with sensors for current detection and actuators for triggering the switching mechanism and with a central control device, which preferably communicates via a bus system with the individual circuit breakers.
  • the tube-like hydraulic element is not used, but instead of the sensor in the coil - and there, for example, in a hollow cylindrical housing - is positioned.
  • the existing trip coil or drive for remote triggering is used as an actuator for tripping operation of the switching mechanism.
  • FIG. 1 is a perspective and partially schematic representation of a mechanical circuit breaker with the housing open with a magnetic field-sensitive sensor for current detection and with an actuator for triggering solution of a switch mechanism and with a controller connected to the sensor and the actuator,
  • Fig. 2 shows schematically a switch system with a via a bus system with a
  • the circuit breaker 1 shown in Fig. 1 comprises a mechanical circuit breaker in the manner of a magnetic or magnetic-hydraulic circuit breaker, in the magnetic coil 2, a magnetic field-sensitive sensor 3 is used.
  • the sensor 3, which is expediently inserted without contact into the center of the coil 2, is preferably a Hall sensor, i. H. as a Hall probe or as a HaII-IC.
  • the sensor 3, which in principle can also be arranged on the coil 2, is used in the exemplary embodiment in a serving as a sensor housing hollow cylinder 6, which may also be part of the coil or bobbin of the coil 2.
  • the circuit breaker 1 further comprises a switching mechanism in the form of a switching mechanism 7, which is mechanically coupled to a switching or operating lever 8 for manual operation of the circuit breaker 1.
  • the coil 2 which has, for example, two and a half (2.5) turns, cooperates with an armature or armature 9 designed as a hinged armature, which in turn is mechanically coupled to the switching mechanism 7.
  • the coil 2 is electrically connected to its one coil end 2a with a (second) switch terminal 10, which protrudes from a switch housing 11 shown only partially ground or connection side.
  • a switch housing 11 Of the switch housing 11 only one half of the housing is visible, while the other, shell-like housing half is removed for clarity. However, rivet or bolt-type fasteners are visible. Menting elements in the four corner regions of the housing 10 for the connection of the two housing halves.
  • the switching mechanism 7 is mechanically coupled to a movable contact 12, referred to below as a moving contact, which is electrically connected to the other coil end 2b of the coil 2.
  • the moving contact 12 is opposed by a fixed contact 13, which is electrically conductively connected to a (first) switch connection 14. Also, this first switch terminal 14 is led out of the housing 10 on the bottom side.
  • the two switch contacts 12 and 13 is associated with a quenching chamber 15 for arc extinguishing.
  • the switching mechanism 7 is also mechanically coupled to the actuator 5. This includes in a manner not shown a tripping coil whose coil ends are led out via contact terminals 16,17 from the actuator housing 18.
  • the load current (I L ) which is also referred to below as the coil current, thereby flows via the coil 2 and the contacts 12, 13 closed in the switched-on state of the circuit breaker 1.
  • the sensor 3 is triggered after the Hall effect, a voltage, the so-called Hall voltage (UH) induced, which is proportional to the magnetic field (B).
  • the magnetic field (B) is in turn proportional to the current flowing through the coil 2 (I L ) according to the law of self-induction.
  • the sensor 3 which detects the current coil current (I L ) indirectly via the magnetic field (B) generated by the coil 2, provides a corresponding sensor signal Si, which is supplied to the control device 4 via a signal line 19 for signal evaluation.
  • the control device 4 comprises a microprocessor 20 which accesses a programmable memory 21, for example an EPROM or EEPROM. In this are a single tripping characteristic K or a number of such characteristics K deposited different characteristic curves.
  • the microprocessor 20 of the control device 4 compares the sensor signal Si representing the current or load current with the trigger values represented by the selected characteristic K. If the characteristic curve K or the corresponding triggering value is exceeded, then the control device 4 generates a control signal S A , which triggers the actuator 5. For this purpose, the control device 4 is connected on the output side via a signal line 22 to the actuator 5.
  • the actuator 5, ie the triggering or relay coil is activated with the consequence that the hereby coupled latch 7 unlatched and consequently the contacts 12,13 are opened by the moving contact 12 is lifted virtually instantaneously from the fixed contact 13. An optionally occurring arc is extinguished in the quenching chamber 15.
  • the mechanical circuit breaker 1 thus comprises a galvanically isolated current detection by means of the magnetic field-sensitive sensor 3 and an electronic signal evaluation and tripping control, d. H. the otherwise mechanical circuit breaker 1 is triggered electrically or electronically taking into account the detected by means of the magnetic field sensor 3 actual current flow or current value.
  • the sensors 3 of the circuit breakers Ni to N n are connected on the connection side via the respective connecting line 19 to a bus system designated below as a data bus 23 or to these.
  • Circuit breaker Ni ... m connected via the respective signal line 22 to the data bus 23.
  • a control device 4 common to all mechanical circuit breakers N m communicates with the individual mechanical circuit breakers Ni ... m via the data bus 23.
  • the control device 4 is connected on the input and output side via data lines 24 and 25 to the data bus 23.
  • the data exchange both with regard to the current-relevant sensor signals Si of the individual circuit breaker N m and the trigger-relevant control signals S A for the purpose of may trigger single breaker Ni. , , n thus takes place via the data bus 23, wherein only a control device 4 is required for a plurality of circuit breakers N.
  • the characteristics of a corresponding number of circuit breakers N n can be stored switch-specific.
  • the characteristic curves K of the individual monitored by the control device 4 monitored circuit breaker N m may be different and with respect to the respective history characteristic. Also, when commissioning such a system - as well as a single circuit breaker 1 - a load, equipment or consumer-specific teaching a certain characteristic curve K done.

Landscapes

  • Breakers (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter (1) mit einem Festkontakt (13), der mit einem ersten Schalteranschluss (14) verbundenen ist, und mit einem beweglichen Kontakt (12), der über eine Schaltmechanik (7) mit einem Magnetanker (9) mechanisch gekoppelt und mit einer den Magnetanker (9) betätigenden Spule (2) elektrisch verbunden ist, die an einen zweiten Schalteranschluss (10) angeschlossen ist. Zur Erfassung des Spulenstroms (IL) ist ein magnetfeldsensitiver Sensor (3) vorgesehen, der mit einer Steuereinrichtung (4) verbundene ist, um das Sensorsignal (SI) mit einer hinterlegten Auslösekennlinie (K) zu vergleichen und bei deren Überschreitung ein Steuersignal (SA) zur Auslösebetätigung der Schaltmechanik (7) zu erzeugen.

Description

Beschreibung Schutzschalter
Die Erfindung betrifft einen magnetischen Schutzschalter mit einem Festkontakt, der mit einem ersten Schalteranschluss verbundenen ist, und mit einem beweglichen Kontakt der über eine Schaltmechanik mit einem Magnetanker mechanisch gekoppelt und mit einer den Magnetanker betätigenden Spule elektrisch verbunden ist, die an einen zweiten Schalteranschluss angeschlossen ist.
Ein derartiger Schutzschalter dient üblicherweise zum Abschalten von elektrischen Stromkreisen oder einzelnen Verbrauchern bei Überschreiten zulässiger Strom- oder Spannungswerte, insbesondere im Überlast- oder Kurzschlussfall. So trennt der Schutzschalter den Stromkreis selbsttätig, sobald eine Nennstromstärke um einen bestimmten Faktor überschritten wird. Dadurch wird ein in einer Leitung hinter diesem Schalter befindlicher Verbraucher oder die Leitung selbst vor Beschädigung durch die thermische Wirkung des Stroms geschützt. Zur Erfüllung dieser Aufgaben umfasst der Schutzschalter üblicherweise eine Strommessfunktion, ein Kontaktsystem, üblicherweise mit einem beweglichen Kontakt und mit einem Festkontakt, sowie eine Schaltmechanik (Schaltschloss) mit Schalt- und Betätigungshebeln.
Hinsichtlich der Schutzschalterarten kann prinzipiell differenziert werden zwischen mechanischen Schutzschaltern und elektronischen Schutzschaltern. Innerhalb der mechanischen Schutzschalter wiederum kann unterschieden werden nach der Art der Strommessung und Auslösung, nämlich thermisch, magnetisch, thermisch-magnetisch oder hydraulisch-magnetisch.
So wird bei einem Schutzschalter mit magnetischem Auslöser von einer Spule ein Magnetfeld erzeugt, dass auf einen beweglich gelagerten Tauch- oder Klappanker eine Kraft ausübt, mit der das Schaltschloss innerhalb weniger Millisekunden entriegelt wird, so dass der Schutzschalter auslöst und den angeschlossenen Stromkreis trennt. Die Kennlinie eines solchen Schutzschalters weist keinen verzögerten Bereich auf, was jedoch ein entsprechend hohes Abschaltvermögen bei großen Strömen ermöglicht. Bei einem beispielsweise aus der DE-A-1 788 155 oder aus der US-PS 4,963,847 bekannten magnetisch-hydraulischen Schutzschalter befindet sich innerhalb einer strom- durchflossenen Spulenwicklung ein tubenförmiges hydraulisches Element, dass mit Öl gefüllt ist und einen gegen die Kraft einer Rückstellfeder beweglichen Eisenkern enthält. Dies ermöglicht eine nach einer durch die Viskosität des Öles beeinflussbaren Zeit entsprechend zeitverzögerte Bewegung des analog zum rein magnetischen Schutzschalter beweglichen Magnetankers, der seinerseits den Schaltvorgang auslöst.
Dieses Prinzip ermöglicht ein verzögertes Ansprechen des Schutzschalters, wobei die typischen Kennlinien aus einem verzögerten und einem unverzögerten Bereich bestehen. Gegenüber einem thermisch-magnetischen Schutzschalter verläuft jedoch der Übergang zwischen dem verzögerten und dem unverzögerten Bereich nicht senkrecht, sondern schräg nach unten, da durch die mechanische Trägheit des Kerns, durch Reibungseffekte und durch die Dämpfung des Öles der zur Auslösung notwendige magne- tische Fluss schon erreicht wird, bevor der Eisenkern vollständig in die stromdurchflos- sene Spule hineinbewegt wurde.
Zwar lassen sich durch die Variation der Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit (Silikonöl) sowie dem Produkt aus Nennstrom und Windungszahl (Amperewindungszahl) der Spu- Ie relativ einfach verschiedene Kennlinien mit flinker, mittlerer oder träger Verzögerung realisieren. Allerdings ist auch bei einem derartigen magnetisch-hydraulischen Schutzschalter die Einstellbarkeit der Kennlinien und damit die applikationsorientierte Anpassung an verschiedene Anforderungen nur begrenzt.
Demgegenüber sind bei einem elektronischen Schutzschalter die selektiven Abschaltungen unter verschiedensten Betriebsbedingungen realisierbar, insbesondere auch bei langen Lastleitungen, was insbesondere durch eine aktive Strombegrenzung erreicht werden kann. Problematisch bei solchen elektronischen Schutzschaltern ist jedoch, dass diese im Vergleich zu mechanischen Schutzschaltern sehr kostenintensiv sind. Zudem muss durch zusätzliche Mittel ein Kurzschlussschutz für den Fall sichergestellt werden, dass der Steuerstrom für die Steuerung des elektronischen Schutzschalters ausfällt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vergleichsweise kostensparenden Schutzschalter bereit zu stellen, bei dem die Vorteile eines mechanischen Schutzschalters, insbesondere eines magnetisch-hydraulischen Schutzschalters, und die Vorteile eines elektronischen Schutzschalters möglichst weitgehend vereinigt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Dazu ist ein magnetfeldsensitiver Sensor zur Erfassung des aktuellen, d. h. betriebsbedingten Spulenstrom vorgesehen. Eine mit dem Sensor verbundene Steuereinrichtung ist dazu vorgesehen und eingerichtet, das Sensorsignal mit einer hinterlegten Auslösekennlinie zu vergleichen und bei Erreichen eines Auslösewertes ein Steuersignal zur Auslösebetätigung der Schaltmechanik, insbesondere eines Schaltschlosses, zu er- zeugen.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass einerseits von einem vergleichsweise kostensparenden mechanischen Schutzschalter ausgegangen werden kann, wenn eine geeignete Stromerfassung bereitgestellt wird, anhand derer eine zuverlässi- ge Steuerung des Schutzschalters bzw. dessen Auslösemechanismus ermöglicht ist. Andererseits müsste dann eine Elektronik lediglich die Auswertung des erfassten Stromes (Stromsignals) und die Erzeugung eines Steuersignals für die ansonsten weiterhin mechanische Auslösung des Schutzschalters übernehmen, was hinsichtlich des elektronischen Teils des Schutzschalters wiederum vergleichsweise kostensparend ist.
Der Gesamtaufwand sowie die Gesamtkosten können darüber hinaus weiter reduziert werden, wenn eine entsprechende elektronische Steuereinrichtung mehrere gleichartige mechanische Schutzschalter anhand der jeweiligen, individuell erfassten Stromsignale steuert. In einem solchen Verteilungssystem kann eine Anbindung mehrerer me- chanischer Schutzschalter an die Steuereinrichtung auch über ein Datenbussystem für die Signalübertragung sowohl bezüglich der Stromerfassung als auch der Steuerung (Ansteuerung) der Mechaniken der einzelnen Schutzschalter erfolgen, was bezüglich eines Datenaustausches zwischen den Schutzschaltern und der Steuereinrichtung besonders vorteilhaft ist.
Der magnetfeldsensitive Sensor kann nach dem AMR-Effekt (Anisotroper Magnetore- sistiver Effekt) oder nach dem GMR-Effekt (Giant Magneto Resistance) arbeiten. Vorzugsweise ist jedoch ein Hall-Sensor, d. h. eine Hall-Sonde oder ein HaII-IC vorgesehen. Dieser erfasst das durch den über die Spule des mechanischen Schutzschalters fließenden Strom (Laststrom) erzeugte Magnetfeld (magnetische Flussdichte oder Induktion) und erzeugt ein Sensorsignal, das den zeitlichen Verlauf des über die Spule - und somit über die Schalterkontakte des mechanischen Schutzschalters - fließenden Stroms charakterisiert. Mittels des magnetfeldsensitiven Sensors, der zweckmäßigerweise in die Spule eingesetzt ist, erfolgt die Strommessung indirekt über die Erfassung des von der stromdurchflossenen Spule erzeugten Magnetfeldes und somit berührungslos, d. h. vorzugsweise galvanisch getrennt.
In zweckmäßiger Weiterbildung ist die eingangsseitig mit dem Sensor verbundenen Steuereinrichtung ausgangsseitig mit einem mit der Schaltmechanik (Schaltschloss) gekoppelten Aktor verbunden. Hierzu ist geeigneterweise ein elektromagnetischer Aktor als Antrieb vorgesehen, der mit der Steuereinrichtung elektrisch verbunden und mit dem Schaltschloss mechanisch gekoppelt ist.
Die Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise einen programmierbaren Speicher zur Hinterlegung einer bestimmten Auslösekennlinie oder einer Anzahl unterschiedlicher Auslösekennlinien. Dadurch ist eine besonders einfache Anpassung der Auslösecha- rakteristik des Schutzverhalters an bestimmte Anwendungen oder Applikationen ermöglicht, indem der beispielsweise löschbare oder überschreibbare Speicher (ROM, RAM, EPROM EEPROM) mit entsprechenden Auslösewerten oder Kennlinien programmiert wird.
Die die Steuereinrichtung weist zudem bevorzugt einen MikroController oder -prozessor auf, der unter Zugriff auf den Speicher das Sensorsignal bzw. den von diesem charakteristischen Spulenstrom mit der Auslösekennlinie bzw. den gespeicherten Auslösewerten vergleicht und gegebenenfalls das Steuersignal generiert. Bei mehreren, von der Steuereinrichtung gemeinsam gesteuerten mechanischen Schutzschaltern weist die Steuereinrichtung geeigneterweise mehrere Eingängen zum Anschluss einer entsprechenden Anzahl von Sensoren auf. Analog weist dann die Steuereinrichtung eine Anzahl von Ausgängen zum Anschluss einer entsprechenden Anzahl von Aktoren auf.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Schutzschalter bereitgestellt ist, bei dem einerseits praktisch jede dessen Auslösecharakteris- tik bestimmende Kennlinienform realisierbar ist, die zudem verändert oder beispielsweise auch verbraucherspezifisch erlernt werden kann. Andererseits ist auch dann ein Kurzschlussschutz gegeben, wenn die Steuerung ausfällt, da sich der Schutzschalter dann wie ein rein mechanischer, insbesondere magnetischer Schutzschalter verhält.
Die Erfindung ermöglicht zudem die Bereitstellung eines besonders kostensparenden Schutzschaltersystems mit einer Mehrzahl von mechanischen Schutzschaltern mit Sensoren für die Stromerfassung und Aktoren für die Auslösung der Schaltmechanik sowie mit einer zentralen Steuereinrichtung, die vorzugsweise über ein Bussystem mit den einzelnen Schutzschaltern kommuniziert.
Dabei kann als mechanischer Schutzschalter von einem magnetisch-hydraulischen Schutzschalter mit Fernauslösung ausgegangen werden, dessen tubenartiges hydraulisches Element nicht eingesetzt wird, sondern an dessen Stelle der Sensor in der Spule - und dort beispielsweise in einem hohlzylindrischen Gehäuse - positioniert wird. Als Aktor zur Auslösebetätigung des Schaltschlosses dient dann die vorhandene Auslösespule bzw. der Antrieb zur Fernauslösung.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in perspektivischer und teilweise schematischer Darstellung einen mechanischen Schutzschalter bei geöffnetem Gehäuse mit einem magnetfeldsensitiven Sensor zur Stromerfassung und mit einem Aktuator zur Auslö- sung einer Schaltermechanik sowie mit einer mit dem Sensor und dem Aktuator verbundenen Steuereinrichtung,
Fig. 2 schematisch ein Schaltersystem mit einer über ein Bussystem mit einer
Anzahl derartiger Schutzschalter kommunizierenden Steuereinrichtung.
Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der in Fig. 1 dargestellte Schutzschalter 1 umfasst einen mechanischen Schutzschalter nach Art eines magnetischen oder magnetisch-hydraulischen Schutzschalters, in dessen Magnetspule 2 ein magnetfeldsensitiver Sensor 3 eingesetzt ist. Eine Steuereinrichtung 4, die eingangsseitig mit dem Sensor 3 verbunden ist, ist ausgangsseitig mit einem Aktor oder Aktuator 5 elektrisch verbunden.
Der Sensor 3, der zweckmäßigerweise in die Mitte der Spule 2 berührungslos eingesetzt ist, ist vorzugsweise als Hall-Sensor, d. h. als Hall-Sonde oder als HaII-IC ausgeführt. Der Sensor 3, der prinzipiell auch an der Spule 2 angeordnet sein kann, ist im Ausführungsbeispiel in einen als Sensorgehäuse dienenden Hohlzylinder 6 eingesetzt, der auch Bestandteil des Spulen- oder Wickelkörpers der Spule 2 sein kann.
Der Schutzschalter 1 umfasst des weiteren eine Schaltmechanik in Form eines Schalt- schloss 7, dass mit einem Schalt- oder Betätigungshebel 8 zur manuellen Betätigung des Schutzschalters 1 mechanisch gekoppelt ist. Die Spule 2, die beispielsweise zweieinhalb (2,5) Windungen aufweist, wirkt mit einem als Klappanker ausgeführten Anker oder Magnetanker 9 zusammen, der seinerseits mit dem Schaltschloss 7 mechanisch gekoppelt ist.
Die Spule 2 ist mit deren einem Spulenende 2a mit einem (zweiten) Schalteranschluss 10 elektrisch verbunden, der aus einem nur teilweise dargestellten Schaltergehäuse 11 boden- oder anschlussseitig herausragt. Von dem Schaltergehäuse 11 ist lediglich eine Gehäusehälfte sichtbar, während die andere, schalenartige Gehäusehälfte zur besseren Übersicht abgenommen ist. Sichtbar sind jedoch nieten- oder bolzenartigen Befes- tigungselemente in den vier Eckenbereichen des Gehäuses 10 für die Verbindung der beiden Gehäusehälften.
Das Schaltschloss 7 ist mechanisch gekoppelt mit einem nachfolgend als Bewegkon- takt bezeichneten beweglichen Kontakt 12, der elektrisch mit dem anderen Spulenende 2b der Spule 2 verbunden ist. Dem Bewegkontakt 12 steht ein Festkontakt 13 gegenüber, der mit einem (ersten) Schalteranschluss 14 elektrisch leitend verbunden ist. Auch dieser erste Schalteranschluss 14 ist aus dem Gehäuse 10 bodenseitig herausgeführt. Den beiden Schalterkontakten 12 und 13 ist eine Löschkammer 15 zur Lichtbogenlö- schung zugeordnet.
Das Schaltschloss 7 ist zudem mit dem Aktor 5 mechanisch gekoppelt. Dieser umfasst in nicht näher dargestellter Art und Weise eine Auslösespule, deren Spulenenden über Kontaktanschlüsse 16,17 aus dem Aktuatorgehäuse 18 herausgeführt sind.
Beim betriebsbedingten Einsatz des Schutzschalters 1 sind dessen Schalteranschlüsse 10, 14 in einen Stromkreis oder Strompfad mit einer zu schützenden Leitung oder Last, d. h. einem Gerät oder einem Verbraucher eingesetzt. Der nachfolgend auch als Spulenstrom bezeichnete Laststrom (IL) fließt dabei über die Spule 2 und die im eingeschal- teten Zustand des Schutzschalters 1 geschlossenen Kontakte 12, 13. In Folge des von der Spule 2 erzeugten Magnetfeldes (B) wird in dem Sensor 3 nach dem Hall-Effekt eine Spannung, die sogenannte Hall-Spannung (UH) induziert, die dem Magnetfeld (B) proportional ist. Das Magnetfeld (B) ist gemäß dem Gesetzt der Selbstinduktion wiederum proportional zum über die Spule 2 fließenden Strom (IL). Aus der Hall-Spannung (UH) kann somit unmittelbar auf den aktuellen Last- bzw. Spulenstrom (IL) geschlossen werden. Der Sensor 3, der den aktuellen Spulenstrom (IL) indirekt über das von der Spule 2 erzeugte Magnetfeld (B) erfasst, stellt ein entsprechendes Sensorsignal Si zur Verfügung, das der Steuereinrichtung 4 über eine Signalleitung 19 zur Signalauswertung zugeführt wird.
Die Steuereinrichtung 4 umfasst einen Mikroprozessor 20, der auf einen programmierbaren Speicher 21 , beispielsweise einen EPROM oder EEPROM zugreift. In diesem sind eine einzelne Auslösekennlinie K oder eine Anzahl von derartigen Kennlinien K unterschiedlicher Kennliniencharakteristik hinterlegt. Der Mikroprozessor 20 der Steuereinrichtung 4 vergleicht das den aktuellen Strom oder Laststrom repräsentierende Sensorsignal Si mit den von der ausgewählten Kennlinie K repräsentierten Auslösewerten. Wird die Kennlinie K bzw. der entsprechende Auslösewert überschritten, so er- zeugt die Steuereinrichtung 4 ein Steuersignal SA, das den Aktuator 5 auslöst. Hierzu ist die Steuereinrichtung 4 ausgangsseitig über eine Signalleitung 22 mit dem Aktuator 5 verbunden.
Mittels des Steuersignals SA wird der Aktuator 5, d.h. dessen Auslöse- oder Relaisspule mit der Folge aktiviert, dass das hiermit gekoppelte Schaltschloss 7 entklinkt und demzufolge die Kontakte 12,13 geöffnet werden, indem der Bewegkontakt 12 praktisch schlagartig vom Festkontakt 13 abgehoben wird. Ein gegebenenfalls entstehender Lichtbogen wird in der Löschkammer 15 gelöscht.
Der mechanische Schutzschalter 1 umfasst somit eine galvanisch getrennte Stromerfassung mittels des magnetfeldsensitiven Sensors 3 sowie eine elektronische Signalauswertung und Auslösesteuerung, d. h. der ansonsten mechanische Schutzschalter 1 wird unter Berücksichtigung des mittels des magnetfeldsensitiven Sensors 3 erfassten aktuellen Stromflusses oder Stromwertes elektrisch oder elektronisch ausgelöst.
Fig. 2 zeigt eine Anzahl N (mit N = 1 ,2,3,....n) mechanischen Schutzschaltern 1 gemäß Fig. 1 , die hier lediglich als Funktionsblöcke schematisch dargestellt sind. Die Sensoren 3 der Schutzschalter Ni bis Nn sind anschlussseitig über die jeweilige Verbindungsleitung 19 mit einem nachfolgend als Datenbus 23 bezeichneten Bussystem verbunden bzw. an diesen geführt. Ebenso sind die Aktoren 5 der einzelnen mechanischen
Schutzschalter Ni...m über deren jeweilige Signalleitung 22 an den Datenbus 23 angeschlossen. Eine allen mechanischen Schutzschaltern Nm gemeinsame Steuereinrichtung 4 kommuniziert über den Datenbus 23 mit den einzelnen mechanischen Schutzschaltern Ni...m. Hierzu ist die Steuereinrichtung 4 eingangs- und ausgangsseitig über Datenleitungen 24 bzw. 25 mit dem Datenbus 23 verbunden.
Der Datenaustausch sowohl hinsichtlich der stromrelevanten Sensorsignale Si der einzelnen Schutzschalter Nm als auch der auslöserelevanten Steuersignale SA zur be- darfsweisen Auslösung einzelner Schutzschalter Ni...n erfolgt somit über den Datenbus 23, wobei auch für eine Mehrzahl von Schutzschaltern N lediglich eine Steuereinrichtung 4 erforderlich ist. Je größer die Anzahl N der angeschlossenen Schutzschalter 1 bei nur einer einzelnen, alle Schutzschalter Nn überwachenden Steuereinrichtung 4 ist, desto kostengünstiger ist das gesamte Stromverteilungssystem.
In dem Speicher 21 der Steuereinrichtung 4 können schalterspezifisch die Kennlinien einer entsprechenden Anzahl von Schutzschaltern Nn abgelegt sein. Somit können die Kennlinien K der einzelnen, mittels der Steuereinrichtung 4 gemeinsamen überwachten Schutzschalter Nm individuell und hinsichtlich der jeweiligen Verlaufscharakteristik unterschiedlich sein. Auch kann bei Inbetriebnahme eines solches Systems - ebenso wie bei einem einzelnen Schutzschalter 1 - ein last-, gerate- oder verbraucherspezifisches Einlernen einer bestimmten, charakteristischen Kennlinie K erfolgen.
Bezugszeichenliste
1 Schutzschalter
2 Spule
2a ,b Spulenende
3 Sensor
4 Steuereinrichtung
5 Aktor /Aktuator
6 Sensorgehäuse/Hohlzylinder
7 Schaltschloss
8 Schalt-/Betätigungshebel
9 Magnetanker
10 (zweiter) Schalteranschluss
11 Schaltergehäuse
12 Bewegkontakt
13 Festkontakt
14 (erster) Schalteranschluss
15 Löschkammer
16 ,17 Kontaktanschluss
18 Aktuatorgehäuse
19 Signalleitung
20 Mikroprozessor
21 Speicher
22 Signalleitung
23 Datenbus
24 ,25 Datenleitung
S, Sensorsignal
SA Steuersignal

Claims

Ansprüche
1. Schutzschalter (1 ) mit einem Festkontakt (13), der mit einem ersten Schalteran- schluss (14) verbundenen ist, und mit einem beweglichen Kontakt (12), der über eine Schaltmechanik (7) mit einem Magnetanker (9) mechanisch gekoppelt und mit einer den Magnetanker (9) betätigenden Spule (2) elektrisch verbunden ist, die an einen zweiten Schalteranschluss (10) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass zur Erfassung des Spulenstroms (IL) ein magnetfeldsensitiver Sen- sor (3) vorgesehen ist, der ein den Spulenstrom (IL) repräsentierendes
Sensorsignal (Si) erzeugt, und
- dass eine mit dem Sensor (3) verbundene Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, das Sensorsignal (Si) mit einer hinterlegten Auslösekennlinie (K) zu vergleichen und bei deren Überschreitung ein Steuersignal (SA) zur Auslösebetätigung der Schaltmechanik (7) zu erzeugen.
2. Schutzschalter (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) als Hall-Sensor ausgeführt ist, dessen Sensorsignal (Si) den zeitlichen Verlauf des über die Spule (2) fließenden Stroms (IL) charakterisiert.
3. Schutzschalter (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingangsseitig mit dem Sensor (3) verbundene Steuereinrichtung (4) ausgangsseitig mit einem mit der Schaltmechanik (7) gekoppelten Aktor (5) verbunden ist.
4. Schutzschalter (1 ) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen elektromagnetischen Aktor (5), der mit der Steuereinrichtung (4) elektrisch verbunden und mit der Schaltmechanik (7) mechanisch gekoppelt ist.
5. Schutzschalter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auslösebetätigung der Schaltmechanik (7) ein als Auslösespule zur Fernauslösung geeigneter Aktor (5) vorgesehen ist.
6. Schutzschalter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) einen programmierbaren Speicher (21 ) zur Hinter- legung der Auslösekennlinie (K) oder einer Anzahl unterschiedlicher Auslösekennlinien (K) umfasst.
7. Schutzschalter (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) einen MikroController oder -prozessor (20) aufweist, der unter Zugriff auf den Speicher (21 ) das den Spulenstrom (IL) charakterisierende Sensorsignal (Si) mit der Auslösekennlinie (K) vergleicht und gegebenenfalls das Steuersignal (SA) generiert.
8. Schutzschalter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) zum Anschluss einer Anzahl von Sensoren (3) und/oder einer Anzahl von Aktoren (5) eingerichtet ist.
9. Steuereinrichtung (4), die dazu geeignet und eingerichtet ist, eine Anzahl von
Schutzschaltern (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zu überwachen und anzusteuern.
10. Steuereinrichtung (4) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch deren Eignung und/oder Ausbildung zum Anschluss an einen Datenbus (23), über den die Sensorsignale (Si) und die Steuersignale (SA) der Schutzschalter (1 ) geführt sind.
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