WO2014135363A1 - Schalter, insbesondere leistungsschalter für niederspannungen - Google Patents

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WO2014135363A1
WO2014135363A1 PCT/EP2014/053076 EP2014053076W WO2014135363A1 WO 2014135363 A1 WO2014135363 A1 WO 2014135363A1 EP 2014053076 W EP2014053076 W EP 2014053076W WO 2014135363 A1 WO2014135363 A1 WO 2014135363A1
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Mario Dankert
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/127—Automatic release mechanisms with or without manual release using piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive trip units

Definitions

  • Switch in particular circuit breaker for low voltages
  • the invention relates to a switch according to the preamble of claim 1.
  • Low voltage circuit breakers are known and used to protect electrical networks and the like. They have mechanically separable contact elements which abut each other when the switch is closed. The current to be monitored flows through the switch and via the contact elements. An electronic trip unit checks in each case whether a given current condition is fulfilled. When the current condition is fulfilled, the separation of the contact elements is triggered. A contact mechanism is used to separate the contact elements in the event of tripping and for switching on the switch, d. H. for connecting the separate contact elements. To energize the trip unit, the electric current through the switch is taken by means of a current transformer, respectively, the required electrical energy, i. the trip unit is self-powered. So it takes its electrical energy from the grid, which should protect the power switch.
  • Switching to a short circuit represents the worst case for the power supply of the electronic trip unit.
  • the power converter must then provide the energy for the (electronics of the) trip unit, measure and evaluate the current and generate a trip signal.
  • the current transformers must be designed accordingly.
  • an inductive current transformer can be installed for switching to a short circuit in order to ensure the power supply of the trip unit.
  • the disadvantage here is that the power supply, which is designed for normal operation, can not always ensure that, in each case, even with other operating conditions, sufficient energy is available.
  • the solution is given by the features of claim 1;
  • the solution provides advantageous embodiments.
  • the solution provides that the contact mechanism is coupled (cooperates) with a conversion unit, which converts a portion of the mechanical energy to be applied during switching into electrical energy, which supplies the trip unit each with energy during switch-on.
  • the conversion unit is designed as an electrical generator.
  • the generator is arranged on the contact mechanism.
  • the switching unit charges an energy store.
  • the energy store is designed as a capacitor.
  • the conversion unit is dimensioned such that the generated electrical energy is sufficient in each case to check on power-up, whether the current condition is fulfilled, and to trigger the switch when the current condition is met.
  • the switch is designed as a low-voltage circuit-breaker and has (in each case for each phase of current) one contact each consisting of chanisch separable contact elements is formed in the form of contact pieces.
  • One of the two contact pieces is fixed, while the other is arranged to be movable.
  • the contacts abut each other when the switch is closed.
  • the current flows through terminal lugs and the adjacent contact pieces through the switch.
  • An electronic trip unit detects via an energy converter (in particular current transformer) the respective electrical energy flowing through the switch. If this exceeds a predetermined energy threshold, that is, a predetermined energy condition (or current condition) is met, the trip unit triggers and the contacts are separated from each other, i. the movable contact element is lifted from the fixed.
  • a predetermined energy threshold that is, a predetermined energy condition (or current condition) is met
  • the separation of the contact pieces takes place by means of a contact mechanism in the form of a switching lock, which is tensioned by means of a spring accumulator (energy store).
  • the switching lock has a switching shaft which is rotatably mounted about its longitudinal axis. To clamp the switching mechanism, the switching shaft is rotated against the force of the spring accumulator about its longitudinal axis and locked in its end position.
  • a supply unit For the power supply of the trip unit during operation serves a supply unit. This takes a (relatively small) proportion of the electrical energy flowing through the switch.
  • a conversion unit is arranged, which is designed as an electro-magnetic generator.
  • the generator comprises a fixed and a movable part, the latter being firmly seated on the selector shaft.
  • Generator and capacitor are dimensioned so that the electrical energy is sufficient in each case to have the trip unit checked when switching on, whether the current condition is met, and to trigger the mechanically biased switch lock and thus the switch when the current condition is fulfilled.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen, mit mechanisch trennbaren Kontaktelementen, die bei geschlossenem Schalter aneinander anliegen und über die ein zu überwachender Strom durch den Schalter fließt, mit einer elektronischen Auslöseeinheit, welche jeweils eine Kontaktmechanik auslöst, wenn eine vorgegebene Strombedingung erfüllt ist, wobei die Trennung der Kontaktelemente im Auslösefall und das Einschalten des Schalters mittels der Kontaktmechanik erfolgt, und mit einer Versorgungseinheit, welche dem durch den Schalter fließenden Strom eine erste elektrische Energie zur Energieversorgung der Auslöseeinheit entnimmt. Um die Energieversorgung auch beim Schalten auf einen Kurzschluss sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Kontaktmechanik mit einer Umwandlungseinheit gekoppelt ist, die einen Teil der beim Einschalten aufzubringenden mechanischen Energie in eine zweite elektrische Energie umwandelt, welche die Auslöseeinheit jeweils während des Einschaltens mit elektrischer Energie versorgt.

Description

Beschreibung
Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen Die Erfindung betrifft einen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Leistungsschalter für Niederspannungen sind bekannt und dienen zum Schutz von elektrischen Netzen und dergleichen. Sie weisen mechanisch trennbare Kontaktelemente auf, die bei geschlossenem Schalter aneinander anliegen. Der zu überwachende Strom fließt durch den Schalter und über die Kontaktelemente. Eine elektronische Auslöseeinheit prüft jeweils, ob eine vorgegebene Strombedingung erfüllt ist. Bei erfüllter Strombe- dingung wird die Trennung der Kontaktelemente ausgelöst. Eine Kontaktmechanik dient zur Trennung der Kontaktelemente im Auslösefall sowie zum Einschalten des Schalters, d. h. zum Verbinden der voneinander getrennten Kontaktelemente. Zur Energieversorgung der Auslöseeinheit wird dem durch den Schalter fließenden elektrischen Strom mittels eines Stromwandlers jeweils die benötigte elektrische Energie entnommen, d.h. die Auslöseeinheit ist eigenversorgt. Sie entnimmt ihre elektrische Energie also aus dem Netz, welches der Leistungs- Schalter schützen soll.
Das Schalten auf einen Kurzschluss stellt für die Energieversorgung der elektronischen Auslöseeinheit den schlimmsten Fall dar. Innerhalb kürzester Zeit muss der Stromwandler dann die Energie für die (Elektronik der) Auslöseeinheit bereitgestellt, der Strom gemessen und ausgewertet sowie ein Auslösesignal generiert werden. Für diesen Fall müssen die Stromwandler entsprechend ausgelegt werden. Im Falle eines Gleichstrom-Netzes kann für das Schalten auf einen Kurzschluss ein induktiver Stromwandler verbaut werden, um die Energieversorgung der Auslöseeinheit zu gewährleisten. Nachteilig ist dabei, dass die Energieversorgung, die für den Normalbetrieb ausgelegt ist, nicht immer sicherstellen kann, dass jeweils, also auch bei anderen Betriebsbedingungen, aus- reichend Energie zur Verfügung steht.
Die Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar. Die Lösung sieht vor, dass die Kontaktmechanik mit einer Umwandlungseinheit gekoppelt ist (zusammenwirkt), die einen Teil der beim Einschalten aufzubringenden mechanischen Energie in elektrische Energie umwandelt, welche die Auslöseeinheit jeweils während des Einschaltens mit Energie versorgt.
Zweckmäßigerweise ist die Umwandlungseinheit als elektrischer Generator ausgebildet.
Bei einer technisch einfachen Ausführung ist der Generator an der Kontaktmechanik angeordnet.
Um die erzeugte elektrische Energie der Umwandlungseinheit besser nutzen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Umschalteinheit einen Energiespeicher auflädt.
Im einfachsten Fall ist der Energiespeicher als Kondensator ausgebildet .
Die Umwandlungseinheit ist derart bemessen, dass die erzeugte elektrische Energie jeweils ausreicht, um beim Einschalten zu prüfen, ob die Strombedingung erfüllt ist, und bei erfüllter Strombedingung den Schalter auszulösen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei - spiels näher beschrieben. Der Schalter ist als Leistungsschalter für Niederspannungen ausgebildet und weist (allgemein für jede Stromphase) je einen Kontakt auf, der aus me- chanisch trennbaren Kontaktelementen in Form von Kontaktstücken gebildet ist. Eines der beiden Kontaktstücke ist feststehend, während das andere beweglich angeordnet ist. Die Kontaktstücke liegen bei geschlossenem Schalter aneinander an. Der Strom fließt über Anschlussfahnen und die aneinander anliegenden Kontaktstücke durch den Schalter.
Eine elektronische Auslöseeinheit erfasst über einen Energiewandler (insbesondere Stromwandler) die jeweils durch den Schalter fließende elektrische Energie. Wenn diese eine vorgegebene Energieschwelle überschreitet, also eine vorgegebene Energiebedingung (bzw. Strombedingung) erfüllt ist, löst die Auslöseeinheit aus und die Kontaktstücke werden voneinander getrennt, d.h. das bewegliche Kontaktelement wird von dem feststehenden abgehoben.
Das Trennen der Kontaktstücke erfolgt mittels einer Kontakt - mechanik in Form eines Schaltschlosses, das mit Hilfe eines Federspeichers (Energiespeichers) gespannt wird. Das Schalt- schloss weist eine Schaltwelle auf, die um ihre Längsachse drehbar gelagert ist. Zum Spannen des Schaltschlosses wird die Schaltwelle gegen die Kraft des Federspeichers um ihre Längsachse gedreht und in ihrer Endstellung verrastet. Zur Energieversorgung der Auslöseeinheit im laufenden Betrieb dient eine Versorgungseinheit. Diese entnimmt der elektrischen Energie, die durch den Schalter fließt, einen (relativ kleinen) Anteil. An der Schaltwelle ist eine Umwandlungseinheit angeordnet, die als elektro-magnetischer Generator ausgebildet ist. Der Generator umfasst einen feststehenden und einen beweglichen Teil, wobei letzterer fest auf der Schaltwelle sitzt. Eine Drehbewegung der Schaltwelle, wie sie beim Einschalten des Schalters erfolgt, führt auf diese Weise zur Umwandlung von mechanischer Drehbewegungs -Energie in elektrische Ener- gie. D.h., dass beim Einschalten jeweils ein Teil der aufzubringenden mechanischen Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die generierte elektrische Energie lädt einen Energiespeicher in Form eines elektrischen Kondensators auf.
Generator und Kondensator sind so dimensioniert, dass die elektrische Energie jeweils ausreicht, um die Auslöseeinheit beim Einschalten prüfen zu lassen, ob die Strombedingung erfüllt ist, und bei erfüllter Strombedingung das mechanisch vorgespannte Schaltschloss und damit den Schalter auszulösen.

Claims

Patentansprüche
1. Schalter
mit mechanisch trennbaren Kontaktelementen, die bei geschlos- senem Schalter aneinander anliegen und über die ein zu überwachender Strom durch den Schalter fließt,
mit einer elektronischen Auslöseeinheit, welche jeweils eine Kontaktmechanik auslöst, wenn eine vorgegebene Strombedingung erfüllt ist, wobei die Trennung der Kontaktelemente im Auslö- sefall und das Einschalten des Schalters mittels der Kontaktmechanik erfolgt, und
mit einer Versorgungseinheit, welche dem durch den Schalter fließenden Strom eine erste elektrische Energie zur Energieversorgung der Auslöseeinheit entnimmt,
d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t,
dass die Kontaktmechanik mit einer Umwandlungseinheit gekoppelt ist, die einen Teil der beim Einschalten aufzubringenden mechanischen Energie in eine zweite elektrische Energie umwandelt, welche die Auslöseeinheit jeweils während des Ein- Schaltens mit elektrischer Energie versorgt.
2. Schalter nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t,
dass die Umwandlungseinheit als elektrischer Generator ausge- bildet ist.
3. Schalter nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t,
dass der Generator an der Kontaktmechanik angeordnet ist.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 - 3,
d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t,
dass die Umwandlungseinheit einen Energiespeicher auflädt.
5. Schalter nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t,
dass der Energiespeicher als Kondensator ausgebildet ist.
6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 - 5
d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t,
dass die zweite elektrische Energie jeweils ausreicht, um beim Einschalten zu prüfen, ob die Strombedingung erfüllt ist, und bei erfüllter Strombedingung den Schalter auszulösen .
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