WO2014015947A2 - Vorrichtung zum sicheren schalten einer photovoltaikanlage - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the invention relates to a device for safely switching a photovoltaic system (PV system) with a circuit breaker with input terminals for connection to a number of interconnected photovoltaic modules (PV modules) and with output terminals for connecting an inverter.
  • PV system photovoltaic system
  • PV modules photovoltaic modules
  • a method and a device for safe switching of a photovoltaic system in the case of a DC side occurring arc are known.
  • the known device comprises an inverter, the DC side, an arc sensor is connected upstream, which is connected to a controller for power management.
  • the controller in a classification as a serial arc DC isolation by means of a serial converter upstream of the switch and a parallel arc classification on the DC side of the converter by means of this parallel switched short-circuit switch causes.
  • a switchgear for a photovoltaic system in which in the guided at two terminals leads a switching mechanism for opening contact points and a bypass are provided which is disposed between the two terminals and in front of the switching mechanism and even has a switching mechanism for closing contact points.
  • the switching mechanisms are coupled to one another such that upon actuation of the switchgear initially the contact points of the switching mechanism in the two leads are opened and then closed with a time delay, the contact points of the switching mechanism in the bypass.
  • the known switchgear is used in particular in the case of the use of the fire department to the fact that the photovoltaic system is switched off and energized to at Use of extinguishing agents to prevent injury as a result of electric shocks or electric arcs.
  • WO 2005/098458 A1 discloses a current sensor for detecting, in particular, steep-edged current changes, which has a ferromagnetic coupling element and a sensor winding surrounding it with a number of secondary windings and a field winding leading to the current.
  • the known current sensor is used to detect current changes occurring as a result of electric arcs.
  • a separation device for DC interruption between a photovoltaic generator and an inverter wherein the separation device comprises a current-carrying mechanical switch and a semiconductor electronics connected in parallel therewith.
  • the separation device comprises a current-carrying mechanical switch and a semiconductor electronics connected in parallel therewith.
  • the inventive device comprises a circuit breaker with input terminals for connection to a number of interconnected photovoltaic modules of a photovoltaic system and with output terminals for connecting in particular an inverter.
  • the circuit breaker is designed as a switching module and comprises a module housing with at least one switching contact inside the housing for disconnecting a current path between one of the input terminals and one of the output terminals.
  • a modular current sensor is provided, which is set up for mounting on the module housing of the disconnector. The current sensor can be arranged both in the positive current path and in the negative current path.
  • the current sensor is preferably provided and configured to detect the current flowing via the current path without contact or galvanically separated.
  • the current sensor is a so-called direct-imaging current sensor with a toroidal core and a measuring winding or a Hall sensor.
  • An essential element of the current sensor is the toroidal core. This can be designed in the manner of a Rogowski coil, in particular for detecting the current changes (di / dt), or as a ferromagnetic ring core or as a slotted toroidal core with an air gap for the Hall sensor.
  • the Hall sensor or a measuring winding around the toroidal core or around a part of the toroidal core is used for tapping an induced current or rapid current changes, as generated for example as a result of arcs in the corresponding current path of the circuit breaker.
  • the current sensor has a sensor housing with a passage opening, to which the current sensor or its toroidal core is arranged inside the housing coaxially.
  • the current sensor or its toroidal core is arranged inside the housing in the region of the passage opening such that it and the opening of the current sensor or its toroidal core are aligned with one another.
  • This configuration of the current sensor allows its mounting or mounting on the circuit breaker in a simple manner such that a line carrying the current to be detected through the through hole of the sensor housing and the ring core directly, i. without bends and without contact with a circuit board or the like to the corresponding input or output terminal (input and output terminal) of the circuit breaker can be performed.
  • the current sensor is therefore advantageously designed as a modular module, which is mechanically connected to the module housing of the circuit breaker, that the passage opening of the sensor housing and the ring core and the input and output terminal of the circuit breaker are aligned, so that the current-carrying line in the usual way the corresponding connection of the circuit breaker out there and can be contacted.
  • a device for evaluating the detected current and in particular for the detection of arcing faults is provided.
  • the device is set up in terms of circuitry and / or programming technology to detect, on the basis of the detected current or characteristics resulting from electric arcs, in particular rapid current changes, in the current signal an arc arising in the photovoltaic system and, if necessary, trigger the disconnector.
  • the tripping of the circuit breaker is suitably effected by means of a switching mechanism arranged in its module housing, preferably also manually operable, which switches to at least one contact point in the corresponding current path of the circuit breaker Disconnector acts and this opens in the event of tripping.
  • the switch lock is expediently connected via a drive to the device for evaluating the detected current. This drive is also suitably used for a remote release of the disconnector.
  • the modular circuit breaker or its module housing is suitably set up for coupling a remote control module and / or an undervoltage module. While the remote release module or the undervoltage module is set up and provided for lateral mounting on the modular circuit breaker and in this case also designed for top hat rail mounting, the modular current sensor or its sensor housing is provided and set up on a side of the housing parallel to the DIN rail (front or rear side). of the circuit breaker to be mounted. Thus, while the remote trip or undervoltage module is mounted laterally on the disconnect switch, the current sensor is mounted on the front or rear of the disconnect switch.
  • circuit breaker with attached modular current sensor and the remote release module and the undervoltage module to a so-called fire department switch with integrated arc detection are modularly assembled.
  • assembly times and components are reduced because additional top hat rails, wiring, terminals and the like, as well as an additional wiring of the overvoltage protection or an overvoltage trip and / or the remote release are not required.
  • the modular design allows in a simple manner an internal coupling of the respective additional modules as well as a direct coupling to the mounted, for example, on a DIN rail or mountable disconnector.
  • the modular structure with respect to the additional modules at least with respect to their housing allows the same parts with the same external shape and only different internal housing structure whose functions, in particular triggering functions are coupled internally with the release mechanism of the circuit breaker or can be coupled.
  • the device is also generally suitable for other DC systems and in this respect also for their safe switching.
  • the device in turn comprises a circuit breaker with input terminals and with output terminals, wherein the circuit breaker has a switching contact for separating at least one current path between one of the input terminals and one of the output terminals, and wherein a current sensor is provided for mounting on the circuit breaker.
  • the preferably directly imaging current sensor has, in particular, a toroidal core for non-contact detection of the current flowing via the current path or via the positive or negative line or of current changes.
  • FIG. 1 schematically a device for safely switching a photovoltaic system with a circuit breaker and with a modular current sensor
  • FIG. 2 shows a device according to FIG. 1 in a perspective illustration with a current sensor module mounted on the isolating switch and with a connecting line guided via the latter to the isolating switch and with a remote actuation module mounted on the isolating switch,
  • FIG. 3 shows the device according to FIG. 2 in a sectional view
  • Fig. 4 shows the device of FIG. 2 in plan view
  • Fig. 5 shows a modular device according to FIG. 4 as a firefighter switch with additionally coupled module for undervoltage release.
  • the photovoltaic system 2 comprises a number of parallel strings Si to S n , each with a number of series-connected photovoltaic modules 4.
  • the parallel strings Si to S n are connected via a common positive line 5 to a first input (input terminal) Ei and via a negative line 6 to a second input (input terminal) E 2 of the device 1.
  • the device 1 is connected to the inverter 3 via a first output (output terminal) A1 and a second output (output terminal) A2.
  • it is connected on the DC side via a first connecting line 7 to the first output terminal Ai and via a second connecting line 8 to the second output terminal A 2 .
  • the device 1 is modular and comprises a disconnecting switch 9, which is also referred to below as a switching module, and a modular current sensor 10.
  • the output connections A1 and A 2 are assigned to the disconnecting switch 9.
  • the modular current sensor 10 comprises a toroidal core 1 1, through which the connecting line 8 is led to the output terminal A 2 of the circuit breaker 9.
  • the current sensor 10 comprises a measuring winding or coil 12 having a number of turns wound around a partial region of the toroidal core 11.
  • the winding 12 is connected to a device 13 for current evaluation and in particular for arc detection (arc fault detection).
  • This device 13 in turn is connected to a drive 14 which is coupled directly or indirectly with switching contacts 15, 16 of the circuit breaker 9.
  • the switching contacts 15 are arranged in a connected to the positive pole (+) of the photovoltaic system 2 or this associated current path 17 between the input terminal Ei of the circuit breaker 9 and its output terminal A1.
  • the further switching contacts 16 are analogously connected to a current path 18 connected to the negative pole (-) of the photovoltaic system 2 between the second input terminal E 2 of the disconnecting switch 9 and its second output terminal A 2 .
  • the circuit breaker 9 is designed as a DC disconnector (DC disconnector) with both the positive current path 17 and the negative current path 18 separating switching contacts 15 and 16 executed.
  • the circuit breaker 1 has a module housing 19 on.
  • the sensor housing 21 On the front side 20 of the modular current sensor 10 is arranged with the sensor housing 21 and - preferably detachably - mounted.
  • the sensor housing 21 has a passage opening 22, which is aligned with the output terminal A 2 of the circuit breaker 9.
  • the current-carrying connecting line 8 is directly, ie led without bends, turns or other contact points to the output terminal A 2 of the circuit breaker 9 and there, for example, clamped or schraubjoriert.
  • the sensor housing 21 of the current sensor 10 has a further passage opening 23, which in turn is aligned with the output terminal Ai of the circuit breaker 9.
  • the ring core 11 is disposed coaxially to the through hole 22 of the modular current sensor 10 and its sensor housing 21.
  • the arrangement of the ring core 11 is such that its enclosed passage opening and the passage opening 22 of the sensor housing 21 with a contact point 24 of a terminal 25 for contacting the live connecting line 8 and thus aligned with the output terminal A 2 .
  • the connecting end 26 of the connecting line is free of bending, ie guided without bending point directly through the passage opening 22 and the ring core 11 of the current sensor 10 to the contact point 24, 25 and thus to the output terminal A 2 .
  • the circuit breaker 1 comprises a switching mechanism 27, which acts on the contact point 16, that is, on the moving contact, which in turn cooperates with a fixed contact associated with a contact bridge 28 to form the contact point 16.
  • the contact bridge 28 is electrically connected via a fail-safe element 29 to a printed circuit board 30.
  • the printed circuit board 30 carries or is electrically connected to the device 13 for current evaluation and Lichtbogende- detection, which in turn is connected via a terminal 31 with the switching mechanism 27 and with this operated actuator 14.
  • the switching mechanism 27 is also connected via an out of the module housing 19 and manually operated Switching or actuating lever 32 for manual actuation of the switching module or disconnector 9 is coupled.
  • FIG. 4 shows a plan view of the device 1 according to FIG. 2, the device 1 is additionally provided with a module 33.
  • this snap-on or latching elements 34 which correspond with corresponding snap-action or latching elements 35 of the module housing 19 of the circuit breaker 9 for producing a releasable latching connection.
  • the module 33 also has on the module side opposite the latching elements 34 latching recesses 35 for coupling a further module 36, as shown in FIG. 5.
  • the module 33 is a remote release, which is internally coupled to the actuator 14 acting on the switching mechanism 27 of the circuit breaker 1.
  • This remote release module 33 thus a release of the circuit breaker 1, for example, from a central office or the like is possible.
  • the further module 36 is an undervoltage release, which is also internally coupled to the drive 14 of the circuit breaker 9.
  • the undervoltage module 36 detects a voltage below a predetermined threshold voltage and causes, if necessary, z. Example by generating a corresponding trigger signal, a separation or opening of the contact points 15, 16 of the circuit breaker. 1
  • the or each additional module 33, 36 of the device 1 are mounted laterally on the latter and can be connected to one another in virtually any desired number with different functionalities.
  • the current sensor 10 is arranged on the front sides 20 of the circuit breaker 9 or
  • the current sensor 10 can according to FIG. 2 extend over both adjacent output terminals Ai and A 2 or also according to FIGS. 4 and 5 only in the area of one of the output terminals Ai, A 2 .
  • the current sensor 10 at the opposite front or back 20 of the circuit breaker 10 in the region of the input terminals egg, E 2 or egg and E 2 be arranged.
  • the current sensor 10 can also comprise two ring cores 11, ie for each current path 17, 18 a ring core 11.
  • the current sensor 10 can basically be designed in the manner of a Rogowski coil, as a ferrite ring core with measuring or coil winding 12 or as a direct-imaging current sensor.
  • the current sensor may be a split ring core with a Hall sensor arranged in the air gap formed in place of the measurement winding 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum sicheren Schalten einer Photovoltaikanlage (2) mit einem Trennschalter (10) mit Eingangsanschlüssen (E1,2) und mit Ausgangsanschlüssen (A1,2), wobei der Trennschalter (9) als Schaltmodul mit einem Modulgehäuse (20) und mit gehäuseintern einem Schaltkontakt (15, 16) zum Trennen mindestens eines Strompfads (17, 18) zwischen einem der Eingangsanschlüsse (E1,2) und einem der Ausgangsanschlüsse (A1,2) ausgebildet ist, und wobei ein modularer Stromsensor (10) zur Montage am Modulgehäuse (20) des Trennschalters (9) vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum sicheren Schalten einer Photovoltaikanlage
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sicheren Schalten einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) mit einem Trennschalter mit Eingangsanschlüssen zum Anschluss an eine Anzahl von miteinander verschalteten Photovoltaikmodulen (PV-Module) und mit Ausgangsanschlüssen zum Anschluss eines Wechselrichters.
Aus der DE 10 2011 008 140 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sicheren Schalten einer Photovoltaikanlage im Falle eines gleichstromseitig auftretenden Lichtbogens bekannt. Die bekannte Vorrichtung umfasst einen Wechselrichter, den gleichstromseitig ein Lichtbogensensor vorgeschaltet ist, der mit einer Steuerung zur Leistungsführung verbunden ist. Im Falle eines sensorisch erfassten Lichtbogens erfolgt mittels der Steuerung eine Verstellung der Leistungsführung, wobei die Steuerung bei einer Klassifizierung als serieller Lichtbogen eine gleichstromseitige Trennung mittels eines dem Wandler seriell vorgeschalteten Trennschalters und bei einer Klassifizierung als paralleler Lichtbogen ein gleichstromseitiges Kurzschießen des Wandlers mittels eines diesem parallel geschalteten Kurzschlussschalters bewirkt.
Aus der DE 10 2009 022 508 A1 ist eine Schaltanlage für eine Photovoltaikanlage bekannt, bei der in den an zwei Anschlüsse geführten Zuleitungen ein Schaltmechanismus zum Öffnen von Kontaktstellen sowie ein Bypass vorgesehen sind, der zwischen den beiden Anschlüssen und vor dem Schaltmechanismus angeordnet ist sowie selbst einen Schaltmechanismus zum Schließen von Kontaktstellen aufweist. Die Schaltmechanismen sind derart miteinander gekoppelt, dass beim Betätigen der Schaltanlage zunächst die Kontaktstellen des Schaltmechanismus in den beiden Zuleitungen geöffnet und anschließend mit einer Zeitverzögerung die Kontaktstellen des Schaltmechanismus im Bypass geschlossen werden. Die bekannte Schaltanlage dient insbesondere im Fall des Einsatzes der Feuerwehr dazu, dass die Photovoltaikanlage ström- und spannungslos geschaltet wird, um bei Einsatz von Löschmitteln eine Verletzung in Folge von Stromschlägen oder Lichtbögen zu verhindern.
Aus der EP 2 315 328 A2 ist es bekannt, in jedem einer Anzahl von Strängen (strings) mit in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen einer Photovoltaikanlage sowohl im Plus-Strompfad als auch im Minus-Strompfad eine Schutzeinrichtung vorzusehen, die einen Überstromschutz (over current protector), einen Lichtbogenschutz (arc fault protector), einen Gegenstromschutz (reverse current protector) und/oder einen Erdschlussschutz (ground fault protector) aufweist.
Aus der WO 2005/098458 A1 ist ein Stromsensor zur Erfassung von insbesondere steilflankigen Stromänderungen bekannt, der ein ferromagnetisches Koppelelement und eine diesen mit einer Anzahl von Sekundärwindungen umgebende Sensorwicklung sowie eine den Strom führende Erregerwicklung aufweist. Der bekannte Stromsensor dient zur Erfassung von in Folge von Lichtbögen auftretenden Stromänderungen.
Aus der DE 10 2007 013 712 A1 ist es zur Auswertung schneller Stromänderungen in Folge von Lichtbögen bekannt, unter Verwendung wiederum eines Stromsensors aus einer Sensorwicklung und einer mit dieser um ein gemeinsames Koppelelement gewickelten Erregerwicklung das zeitdifferenzierte Sensorsignal mit einer sensorabhängigen Frequenzbandbreite zu erzeugen. Ein aus dem Sensorsignal erzeugtes Auswertesignal wird mit einem Schwellwert verglichen, wobei ein normiertes Signal erzeugt wird, dessen Pulsdauer auf einen vorgegebenen Zeitwert verlängert wird.
Aus der DE 20 2009 004 198 U1 ist eine Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung zwischen einem Photovoltaikgenerator und einem Wechselrichter bekannt, wobei die Trennvorrichtung einen stromführenden mechanischen Schalter und eine diesem parallel geschaltete Halbleiterelektronik aufweist. Bei sich öffnendem mechanischen Schalter in Folge eines Lichtbogens schaltet die über dem Schalter erzeugte Lichtbogenspannung die Halbleiterelektronik stromleitend, die bei geschlossenem mechanischen Schalter stromsperrend ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Vorrichtung zum sicheren Schalten einer Photovoltaikanlage anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Trennschalter mit Eingangsanschlüssen zum Anschluss an eine Anzahl von miteinander verschalteten Photo- voltaikmodulen einer Photovoltaikanlage und mit Ausgangsanschlüssen zum Anschluss insbesondere eines Wechselrichters. Der Trennschalter ist als Schaltmodul ausgeführt und umfasst ein Modulgehäuse mit gehäuseintern mindestens einem Schaltkontakt zum Trennen eines Strompfades zwischen einem der Eingangsanschlüsse und einem der Ausgangsanschlüsse. Des Weiteren ist ein mo- dularer Stromsensor vorgesehen, der zur Montage am Modulgehäuse des Trennschalters eingerichtet ist. Der Stromsensor kann sowohl im Plus-Strompfad als auch im Minus-Strompfad angeordnet sein.
Der Stromsensor ist vorzugsweise dazu vorgesehen und eingerichtet, den über den Strompfad fließenden Strom berührungslos bzw. galvanisch getrennt zu erfassen. Besonders bevorzugt ist der Stromsensor ein sogenannter direkt abbildender Stromsensor mit einem Ringkern und einer Messwicklung oder einem Hallsensor. Wesentliches Element des Stromsensors ist der Ringkern. Dieser kann nach Art einer Rogowski-Spule, insbesondere zur Erfassung der Stromänderungen (di/dt), oder als ferromagnetischer Ringkern oder als geschlitzter Ringkern mit Luftspalt für den Hallsensor ausgeführt sein. Der Hallsensor bzw. eine Messwicklung um den Ringkern oder um einen Teil des Ringkerns dient zum Abgriff eines induzierten Stromes oder schneller Stromänderungen, wie diese beispielsweise in Folge von Lichtbögen im entsprechenden Strompfad des Trennschalters erzeugt werden. Der Stromsensor weist ein Sensorgehäuse mit einer Durchgangsöffnung auf, zu der der Stromsensor bzw. dessen Ringkern gehäuseintern koaxial angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Stromsensor bzw. dessen Ringkern derart gehäuseintern im Bereich der Durchgangsöffnung angeordnet, dass diese und die Öffnung des Stromsensors bzw. dessen Ringkerns miteinander fluchten.
Diese Ausgestaltung des Stromsensors ermöglicht dessen Anbau oder Montage am Trennschalter in einfacher Art und Weise derart, dass eine den zu erfassenden Strom führende Leitung durch die Durchgangsöffnung des Sensorgehäuses und den Ringkern direkt, d.h. ohne Biegungen und ohne Kontaktierungen mit einer Leiterplatte oder dergleichen an den entsprechenden Eingangs- oder Ausgangsanschluss (Eingangs- bzw. Ausgangsklemme) des Trennschalters geführt werden kann.
Der Stromsensor ist daher vorteilhafterweise als modularer Baustein ausgeführt, der derart mit dem Modulgehäuse des Trennschalters mechanisch verbunden wird, dass die Durchgangsöffnung des Sensorgehäuses und der Ringkern sowie der Eingangs- bzw. Ausgangsanschluss des Trennschalters miteinander fluchten, so dass die stromführende Leitung in gewohnter Weise an den entsprechenden Anschluss des Trennschalters geführt und dort kontaktiert werden kann.
Gehäuseintern, d. h. innerhalb des Modulgehäuses des Trennschalters oder des Sensorgehäuses ist eine Einrichtung zur Auswertung des erfassten Stroms und insbesondere zur Detektion von Störlichtbögen vorgesehen. Hierzu ist die Einrichtung schaltungs- und/oder programmtechnisch dazu eingerichtet und vorgesehen, anhand des erfassten Stromes bzw. darin in Folge von Lichtbögen auftretender Charakteristika, insbesondere schneller Stromänderungen, im Stromsignal einen in der Photovoltaikanlage entstehenden Lichtbogen zu erkennen und gegebenenfalls den Trennschalter auszulösen.
Die Auslösung des Trennschalters erfolgt geeigneterweise über ein in dessen Modulgehäuse angeordnetes, vorzugsweise auch manuell betätigbares Schalt- schloss, das auf zumindest eine Kontaktstelle im entsprechenden Strompfad des Trennschalters wirkt und diese im Auslösefall öffnet. Das Schaltschloss ist zweckmäßigerweise über einen Antrieb mit der Einrichtung zur Auswertung des erfass- ten Stroms verbunden. Dieser Antrieb wird geeigneterweise auch für eine Fernauslösung des Trennschalters genutzt.
Der modulare Trennschalter bzw. dessen Modulgehäuse ist geeigneterweise zur Ankopplung eines Fernauslösemoduls und/oder eines Unterspannungsmoduls eingerichtet. Während das Fernauslösemodul bzw. das Unterspannungsmodul zur seitlichen Montage am modularen Trennschalter eingerichtet und vorgesehen sowie hierbei insbesondere auch zur Hutschienenmontage ausgebildet sind, ist der modulare Stromsensor bzw. dessen Sensorgehäuse dazu vorgesehen und eingerichtet, an einer zur Hutschiene parallelen Gehäuseseite (Front- oder Rückseite) des Trennschalters montiert zu werden. Während also das Fernauslöse- oder Unterspannungsmodul seitlich am Trennschalter montiert wird, wird der Stromsensor front- oder rückseitig am Trennschalter montiert.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind der Trennschalter mit angebautem modularem Stromsensor und das Fernauslösemodul sowie das Unterspannungsmodul zu einem sogenannten Feuerwehrschalter mit integrierter Lichtbogenerkennung (arc fault detection) modular zusammengesetzt. Hierdurch sind Montagezeiten und Bauteile reduziert, da zusätzliche Hutschienen, Verkabelungen, Klemmen und dergleichen sowie auch eine zusätzliche Verdrahtung des Überspannungsschutzes bzw. einer Überspannungsauslösung und/oder der Fernauslösung nicht erforderlich sind. Der modulare Aufbau ermöglicht vielmehr in einfacher Art und Weise eine interne Kopplung der jeweiligen Zusatzmodule sowie eine direkte Ankopplung an den beispielsweise auf einer Hutschiene montierten oder montierbaren Trennschalter. Des Weiteren ermöglicht der modulare Aufbau hinsichtlich der Zusatzmodule zumindest bezüglich deren Gehäuse gleiche Teile mit gleicher äußerer Form und lediglich unterschiedlichem gehäuseinternen Aufbau, deren Funktionen, insbesondere Auslösefunktionen, intern mit dem Auslösemechanismus des Trennschalters gekoppelt sind bzw. gekoppelt werden können. Die Vorrichtung eignet sich generell auch für andere Gleichstromanlagen und diesbezüglich ebenfalls zu deren sicherem Schalten. Die Vorrichtung umfasst wiederum einen Trennschalter mit Eingangsanschlüssen und mit Ausgangsanschlüssen, wobei der Trennschalter einen Schaltkontakt zum Trennen mindestens eines Strompfads zwischen einem der Eingangsanschlüsse und einem der Ausgangsanschlüsse aufweist, und wobei ein Stromsensor zur Montage am Trennschalter vorgesehen ist. Der vorzugsweise direkt abbildende Stromsensor weist insbesondere einen Ringkern zur berührungslosen Erfassung des über den Strompfad bzw. über die Plus- oder Minusleitung fließenden Stroms oder von Stromänderungen auf.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhang einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum sicheren Schalten einer Photovoltaikanlage mit einem Trennschalter und mit einem modularen Stromsensor,
Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 in perspektivischer Darstellung mit an den Trennschalter montiertem Stromsensormodul und mit einer über dieses an den Trennschalter geführten Anschlussleitung sowie mit an den Trennschalter montiertem Fernauslösemodul,
Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 2 in einer Schnittdarstellung,
Fig. 4 die Vorrichtung gemäß Fig. 2 in Draufsicht, und
Fig. 5 eine modulare Vorrichtung gemäß Fig. 4 als Feuerwehrschalter mit zusätzlich angekoppeltem Modul zur Unterspannungsauslösung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum sicheren Schalten einer Photovoltaikanlage 2 inklusive Wechselrichter 3. Die Photovoltaikanlage 2 umfasst eine Anzahl von parallel geschalteten Strängen Si bis Sn mit jeweils einer Anzahl von in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen 4. Die parallel geschalteten Stränge Si bis Sn sind über eine gemeinsame Plusleitung 5 mit einem ersten Eingang (Eingangsan- schluss) Ei und über eine Minusleitung 6 mit einem zweiten Eingang (Eingangs- anschluss) E2 der Vorrichtung 1 verbunden. Ausgangsseitig ist die Vorrichtung 1 über einen ersten Ausgang (Ausgangsanschluss) A1 und einen zweiten Ausgang (Ausgangsanschluss) A2 mit dem Wechselrichter 3 verbunden. Hierzu ist dieser gleichstromseitig über eine erste Anschlussleitung 7 mit dem ersten Ausgangsanschluss Ai und über eine zweite Anschlussleitung 8 mit dem zweiten Ausgangsanschluss A2 verbunden.
Die Vorrichtung 1 ist modular und umfasst einen nachfolgend auch als Schaltmodul bezeichneten Trennschalter 9 sowie einen modularen Stromsensor 10. Die Ausgangsanschlüsse A1 und A2 sind dem Trennschalter 9 zugeordnet. Der modu- lare Stromsensor 10 umfasst einen Ringkern 1 1 , durch den die Anschlussleitung 8 an den Ausgangsanschluss A2 des Trennschalters 9 geführt ist.
Der Stromsensor 10 umfasst im Ausführungsbeispiel eine Messwicklung oder Spule 12 mit einer Anzahl von um einen Teilbereich des Ringkerns 1 1 gewickelten Windungen. Die Wicklung 12 ist mit einer Einrichtung 13 zur Stromauswertung und insbesondere zur Lichtbogendetektion (arc fault detection) verbunden. Diese Einrichtung 13 wiederum ist mit einem Antrieb 14 verbunden, der direkt oder indirekt mit Schaltkontakten 15, 16 des Trennschalters 9 gekoppelt ist. Die Schaltkontakte 15 sind in einem an den Pluspol (+) der Photovoltaikanlage 2 angeschlossenen bzw. diesem zugeordneten Strompfad 17 zwischen dem Eingangsanschluss Ei des Trennschalters 9 und dessen Ausgangsanschluss A1 angeordnet. Die weiteren Schaltkontakte 16 sind analog in einen an den Minuspol (-) der Photovoltaikanlage 2 angeschlossenen Strompfad 18 zwischen dem zweiten Eingangsanschluss E2 des Trennschalters 9 und dessen zweiten Ausgangsanschluss A2 geschaltet. Der Trennschalter 9 ist als Gleichstromtrenner (DC-Trenner) mit sowohl den Plus-Strompfad 17 als auch den Minus-Strompfad 18 trennenden Schaltkontakten 15 bzw. 16 ausgeführt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die modulare Vorrichtung 1 in perspektivischer Darstellung bzw. in Schnittdarstellung. Erkennbar weist der Trennschalter 1 ein Modulgehäuse 19 auf. An dessen Frontseite 20 ist der modulare Stromsensor 10 mit dessen Sensorgehäuse 21 angeordnet und - vorzugsweise lösbar - montiert. Das Sensorgehäuse 21 weist eine Durchgangsöffnung 22 auf, die mit dem Ausgangsan- schluss A2 des Trennschalters 9 fluchtet. Über diese Durchgangsöffnung 22 des modularen Stromsensors 10 ist die stromführende Anschlussleitung 8 direkt, d.h. ohne Biegungen, Windungen oder weitere Kontaktstellen an den Ausgangsan- schluss A2 des Trennschalters 9 geführt und dort beispielsweise klemm- oder schraubkontaktiert. Das Sensorgehäuse 21 des Stromsensors 10 weist eine weitere Durchgangsöffnung 23 auf, die mit dem Ausgangsanschluss A-i des Trennschalters 9 wiederum fluchtet.
Innerhalb des Sensorgehäuses 21 ist der Ringkern 11 mit der esswicklung 12 koaxial zur Durchgangsöffnung 22 des modularen Stromsensors 10 bzw. dessen Sensorgehäuses 21 angeordnet. Die Anordnung des Ringkerns 11 ist dabei derart, dass dessen umschlossene Durchgangsöffnung und die Durchgangsöffnung 22 des Sensorgehäuses 21 mit einer Kontaktstelle 24 einer Anschlussklemme 25 zur Kontaktierung der stromführenden Anschlussleitung 8 und somit mit dem Ausgangsanschluss A2 fluchtet.
Wie in Fig. 3 vergleichsweise deutlich erkennbar ist, ist das Anschlussende 26 der Anschlussleitung biegungsfrei, d. h. ohne Biegestelle direkt durch die Durch- gangsöffnung 22 und den Ringkern 11 des Stromsensors 10 an die Kontaktstelle 24, 25 und somit an den Ausgangsanschluss A2 geführt.
Gehäuseintern umfasst der Trennschalter 1 ein Schaltschloss 27, das auf die Kontaktstelle 16, d.h. auf dessen Bewegkontakt wirkt, der seinerseits mit einem einer Kontaktbrücke 28 zugeordneten Festkontakt zur Bildung der Kontaktstelle 16 zusammenwirkt. Die Kontaktbrücke 28 ist über ein Fail-Safe-Element 29 mit einer Leiterplatte 30 elektrisch verbunden. Die Leiterplatte 30 trägt oder ist elektrisch verbunden mit der Einrichtung 13 zur Stromauswertung und Lichtbogende- tektion, die ihrerseits über einen Anschluss 31 mit dem Schaltschloss 27 bzw. mit dem dieses betätigten Antriebs 14 verbunden ist. Das Schaltschloss 27 ist zudem über einen aus dem Modulgehäuse 19 herausgeführten und manuell betätigbaren Schalt- oder Betätigungshebel 32 zur manuellen Betätigung des Schaltmoduls bzw. Trennschalters 9 gekoppelt.
Wie auch aus Fig. 4 ersichtlich ist, die eine Draufsicht auf die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2 zeigt, ist die Vorrichtung 1 zusätzlich mit einem Modul 33 versehen. Hierzu weist dieses Schnapp- oder Rastelemente 34 auf, die mit korrespondierenden Schnapp- bzw. Rastelementen 35 des Modulgehäuses 19 des Trennschalters 9 zur Herstellung einer lösbaren Rastverbindung korrespondieren. Das Modul 33 weist auf der den Rastelementen 34 gegenüberliegenden Modulseite ebenfalls Rastausnehmungen 35 zur Ankopplung eines weiteren Moduls 36 auf, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.
Bei dem Modul 33 handelt es sich um einen Fernauslöser, der intern mit dem auf das Schaltschloss 27 des Trennschalters 1 wirkenden Antrieb 14 gekoppelt ist. Mittels dieses Fernauslösemoduls 33 ist somit eine Auslösung des Trennschalters 1 beispielsweise von einer Zentralstelle oder dergleichen ermöglicht.
Bei dem weiteren Modul 36 handelt es sich um einen Unterspannungsauslöser, der intern ebenfalls mit dem Antrieb 14 des Trennschalters 9 gekoppelt ist. Das Unterspannungsmodul 36 erfasst eine einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitende Spannung und bewirkt gegebenenfalls, z. B. durch Generierung eines entsprechenden Auslösesignals, ein Trennen bzw. Öffnen der Kontaktstellen 15, 16 des Trennschalters 1.
Wie insbesondere aus Fig. 5 erkennbar ist, sind das oder jedes Zusatzmodul 33, 36 der Vorrichtung 1 an diese seitlich montiert und quasi in beliebiger Anzahl mit unterschiedlichen Funktionalitäten aneinander reihbar. Demgegenüber ist der Stromsensor 10 an der Frontseiten 20 des Trennschalters 9 angeordnet bzw.
montiert.
Der Stromsensor 10 kann sich gemäß Fig. 2 über beide benachbarten Ausgangsanschlüsse Ai und A2 oder auch gemäß Fig. 4 und 5 nur im Bereich eines der Ausgangsanschlüsse Ai, A2 erstrecken. Zudem kann der Stromsensor 10 an der gegenüberliegenden Front- oder Rückseite 20 des Trennschalters 10 im Bereich der Eingangsanschlüsse Ei, E2 bzw. Ei und E2 angeordnet sein. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 kann der Stromsensor 10 auch zwei Ringkerne 11 , d. h. für jeden Strompfad 17, 18 einen Ringkern 11 umfassen.
Der Stromsensor 10 kann grundsätzlich nach Art einer Rogowski-Spule, als ferritischer Ringkern mit Mess- oder Spulenwicklung 12 oder als direkt abbildender Stromsensor ausgeführt sein. Hierbei kann der Stromsensor einen geschlitzten Ringkern mit im dadurch gebildeten Luftspalt angeordnetem Hallsensor anstelle der Messwicklung 12 ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste Vorrichtung 32 Schalt-/Betätigungshebel Photovoltaikanlage 33 Fernauslösemodul Wechselrichter 34 Rastelement
Photovoltaikmodul 35 Rastelement
Plusleitung 36 Unterspannungsmodul Minusleitung
Anschlussleitung A1 2 Ausgangsanschluss Anschlussleitung Ei,2 Eingangsanschluss Trennschalter Si ...n Strang
Stromsensor
Ringkern
Spule / Messwicklung
Einrichtung
Antrieb
Schaltkontakt
Schaltkontakt
Strompfad
Strompfad
Modulgehäuse
Front- /Rückseite
Sensorgehäuse
Durchgangsöffnung
Durchgangsöffnung
Kontaktstelle
Anschlussklemme
Anschlussende
Schaltschloss
Kontaktbrücke
Fail-safe-Element
Leiterplatte
Anschluss

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zum sicheren Schalten einer Photovoltaikanlage (2) mit einem Trennschalter (9) mit Eingangsanschlüssen (E-i,2) zum Anschluss an eine Anzahl von miteinander verschalteten Photovoltaikmodulen (4) und mit Ausgangsanschlüssen (Aii2), insbesondere zum Anschluss eines Wechselrichters (3),
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Trennschalter (9) als Schaltmodul mit einem Modulgehäuse (20) und mit gehäuseintern einem Schaltkontakt (15, 16) zum Trennen mindestens eines Strompfads (17, 18) zwischen einem der Eingangsanschlüsse (Ei,2) und einem der Ausgangsanschlüsse (Ai,2) ausgebildet ist, und
- dass ein den über den Strompfad (17, 18) fließenden Strom erfassender modularer Stromsensor (10) zur Montage am Modulgehäuse (20) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stromsensor (10) des Trennschalters (9) zur berührungslosen Stromerfassung vorgesehen und eingerichtet ist.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stromsensor (10) mit einer diesem oder dem Trennschalter (9) zugeordneten Einrichtung (13) zur Auswertung des erfassten Stroms, insbesondere zur Detektion von Lichtbögen, verbunden ist.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stromsensor (9) ein Sensorgehäuse (21 ) mit einer Durchgangsöffnung (22) und einen zu dieser gehäuseintern koaxialen Ringkern (11 ) umfasst, wobei die Durchgangsöffnung (22) des Sensorgehäuses (19) im Montagezustand am Trennschalter (9) mit einem der Eingangsanschlüsse (Ei,2) oder mit einem der Ausgangsanschlüsse (Ai,2) fluchtet.
5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine mit dem Eingangsanschluss (Ei,2) bzw. mit dem Ausgangsan- schluss (A 2) des Trennschalters (9) kontaktierte Anschlussleitung (5 bis 8) die Durchgangsöffnung (22) des Sensorgehäuses (21 ) sowie den Stromsensor (10) bzw. dessen Ringkern (11 ) durchsetzt.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Trennschalter (9) ein manuell betätigbares Schaltschloss (27) aufweist.
7. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Trennschalter (9) zum Trennen sowohl des Plus-Strompfades (17) als auch des Minus-Strompfades (18) vorgesehen und eingerichtet ist.
8. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Trennschalter (9) zur Hutschienenmontage ausgebildet ist.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der modulare Stromsensor (10) zur eingangsseitigen und/oder zur ausgangsseitigen Montage am Trennschalter (9) eingerichtet und vorgesehen ist.
10. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Trennschalter (9) zur Ankopplung eines Moduls (33, 36) zur Fernauslösung und/oder zur Unterspannungsauslösung eingerichtet ist.
11. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Modul (33, 36) zur Fernauslösung bzw. zur Unterspannungsauslösung zur seitlichen Montage am modularen Trennschalter (9) eingerichtet und vorgesehen sind.
12. Feuerwehrschalter mit einer Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie mit einem Modul (33, 36) zur Fern- und/oder Unterspannungsauslösung.
13. Vorrichtung (1 ) zum sicheren Schalten einer Gleichstromanlage (2) mit einem Trennschalter (10) mit Eingangsanschlüssen (E-ii2) und mit Ausgangsanschlüssen (A1 2), mit einem Trennschalter (9), der einen Schaltkontakt (15, 16) zum Trennen mindestens eines Strompfads (17, 18) zwischen einem der Eingangsanschlüsse (Ei,2) und einem der Ausgangsanschlüsse (Ai,2) aufweist, und mit einem Stromsensor (10), der zur Montage am Trennschalter (9) vorgesehen und eingerichtet ist.
14. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 13, mit einem direkt abbildenden Stromsensor (10), insbesondere mit einem Ringkern (11 ), zur berührungslosen Erfassung des über den Strompfad (17, 18) fließenden Stroms oder von Stromänderungen.
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