WO2023052046A1 - Schutzschaltgerät und verfahren - Google Patents

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WO2023052046A1
WO2023052046A1 PCT/EP2022/074609 EP2022074609W WO2023052046A1 WO 2023052046 A1 WO2023052046 A1 WO 2023052046A1 EP 2022074609 W EP2022074609 W EP 2022074609W WO 2023052046 A1 WO2023052046 A1 WO 2023052046A1
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WO
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unit
voltage
electronic
current
switching device
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Application number
PCT/EP2022/074609
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marvin TANNHÄUSER
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/547—Combinations of mechanical switches and static switches, the latter being controlled by the former

Definitions

  • the invention relates to the technical field of a protective switching device for a low-voltage circuit with an electronic interrupting unit and a method for a protective switching device for a low-voltage circuit with an electronic interrupting unit.
  • low voltage voltages of up to 1000 volts AC or up to 1500 volts DC.
  • Low voltage refers in particular to voltages that are greater than extra-low voltage, with values of 50 volts AC or 120 volts DC, are .
  • Low-voltage circuit or network or system are circuits with rated currents or Rated currents of up to 125 amps, more specifically up to 63 amps.
  • Low-voltage circuits are circuits with rated currents or Rated currents of up to 50 amps, 40 amps, 32 amps, 25 amps, 16 amps or 10 amps are meant.
  • the current values mentioned mean in particular nominal, rated and/or cut-off currents, i. H . the maximum current that is normally conducted through the circuit or where the electrical circuit is usually interrupted, for example by a protective device such as a protective switching device, miniature circuit breaker or circuit breaker.
  • the rated currents can be scaled further, from 0.5 A to 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 5 A, 6 A, 7 A, 8 A, 9 A, 10 A, etc . up to 16 A.
  • Miniature circuit breakers have long been known overcurrent protection devices that are used in electrical installation technology in low-voltage circuits. These protect lines from damage caused by heating due to excessive current and/or short circuits.
  • a Circuit breaker can switch off the circuit automatically in the event of an overload and/or short circuit.
  • a circuit breaker is a non-automatically resetting safety element.
  • circuit breakers In contrast to miniature circuit breakers, circuit breakers are intended for currents greater than 125 A, sometimes even from 63 amperes. Miniature circuit breakers are therefore simpler and more filigree in construction. Miniature circuit breakers usually have a mounting option for mounting on a so-called top-hat rail (mounting rail, DIN rail, TH35).
  • Miniature circuit breakers are built electromechanically. In a housing, they have a mechanical switching contact or Shunt trip for interrupting (tripping) the electrical current on .
  • a bimetallic protective element or Bimetallic element used for tripping (interruption) in the event of prolonged overcurrent (overcurrent protection) or in the event of thermal overload (overload protection).
  • An electromagnetic release with a coil is used for short-term release when an overcurrent limit value is exceeded or used in the event of a short circuit (short circuit protection).
  • One or more arc quenching chamber(s) or Arc extinguishing devices are provided. Furthermore, connection elements for conductors of the electrical circuit to be protected.
  • Protective switching devices with an electronic interrupting unit are relatively new developments. These have a semiconductor-based electronic interruption unit. D. H . the flow of electrical current in the low-voltage circuit is routed via semiconductor components or semiconductor switches, which interrupt or switch off the flow of electrical current. can be switched to be conductive.
  • Protective switching devices with an electronic interruption unit also often have a mechanical isolating contact system, in particular with isolating properties in accordance with the relevant standards for low-voltage circuits, the contacts of the mechanical isolating contact system being connected in series with the electronic interrupting unit, i.e. the current of the low-voltage circuit to be protected is routed both via the mechanical isolating contact system and via the electronic interrupting unit.
  • the present invention relates in particular to low-voltage AC circuits with an AC voltage, usually with a time-dependent sinusoidal AC voltage with the frequency f.
  • a harmonic AC voltage can be represented by rotating a pointer whose length corresponds to the amplitude (U) of the voltage.
  • the instantaneous deflection is the projection of the pointer onto a coordinate system.
  • a period of oscillation corresponds to a full revolution of the pointer and its full angle is 2n (2Pi) or 360°.
  • the angular frequency is the rate of change of the phase angle of this rotating phasor.
  • the angular frequency of a harmonic oscillation is always 2n times its frequency, i.e.:
  • the time-dependent value from the angular velocity co and the time t corresponds to the time-dependent angle cp(t) which is also referred to as the phase angle cp(t).
  • the phase angle cp ( t ) periodically runs through the range 0...2n or 0°...360°.
  • the object of the present invention is to improve a protective switching device of the type mentioned above, in particular to improve the safety of such a protective switching device or to achieve greater safety in the electrical low-voltage circuit to be protected by the protective switching device.
  • a protective switching device for protecting an electrical low-voltage circuit having: - a housing with at least one mains-side connection and one load-side connection,
  • the mechanical isolating contact unit can be switched by opening contacts to avoid a current flow or by closing the contacts for a current flow in the low-voltage circuit
  • the electronic interruption unit can be switched by semiconductor-based switching elements to a high-impedance state of the switching elements to avoid current flow or a low-impedance state of the switching elements to current flow in the low-voltage circuit
  • a control unit which is connected to the current sensor unit, the mechanical isolating contact unit and the electronic interrupter unit, wherein when current and/or current time limit values are exceeded, avoidance of a current flow in the low-voltage circuit is initiated.
  • the protective switching device is designed according to the invention in such a way that when the contacts of the mechanical isolating contact unit (MK) are closed and the electronic interruption unit (EU) is switched to low resistance, the electronic interruption unit (EU) is switched to a high resistance state for a first period of time for a functional test.
  • the first period of time can preferably be in the range of 100 ps to 5 ms.
  • the first period of time can be in the range of 100 ps to 20 ms.
  • This has the particular advantage that the electronic interruption unit can be checked with regard to its “ability to be switched off”. This also takes place during operation, without further restrictions. Due to the short times are the loads or Consumers not so long disconnected from the network. According to the invention, increased operational reliability of a protective switching device is thus achieved. Furthermore, a new architecture or Structural design of a protective switching device proposed.
  • the protective switching device is designed in such a way that (for one conductor) the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit can be determined.
  • At least one voltage sensor unit connected to the control unit can be provided for this purpose. If there are several voltage sensor units, these are connected to the control unit.
  • the determination of the functional capability of the electronic interruption unit can advantageously be supported in a simple manner. Increased operational reliability of a protective switching device is thus achieved. Furthermore, a new architecture or Structural design of a protective switching device proposed.
  • the protective switching device is designed in such a way that when the electronic interruption unit is switched to the high-impedance state for the first period of time, the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit is determined. D. H . in the high-impedance state, the magnitude of the voltage is determined. If the voltage falls below a first threshold value, there is a first error condition that causes the electronic Initiated interruption unit and/or opened the contacts.
  • the first voltage threshold could be an rms/mean/rms value of the AC voltage.
  • the first voltage threshold could be an instantaneous value of the voltage. The comparison can be made using effective values or instantaneous values over time.
  • the first voltage threshold can be, for example, 5-15% of the nominal voltage of the low-voltage circuit, for example 10%. B. for the rms values of the voltage .
  • the first voltage threshold can be, for example, 5-15% below the expected or determined instantaneous level of voltage on the mains side of the protective switching device, for example 10%.
  • the first voltage threshold can depend on the impedance or the resistance of the load or be dimensioned to the load current, in particular that has previously flowed.
  • an energy absorber or overvoltage protection device within the electronic interruption unit, its functionality can advantageously also be checked. If current was previously flowing in the low-voltage circuit, freewheeling can flow through or through the high-impedance state. the resulting voltage across the energy absorber can be checked. If the electronic interrupting unit is opened under an existing current flow, the voltage increases (due to the inductance in the line circuit) up to the voltage of the overvoltage protection. In this way, the functionality of the energy absorber can be checked.
  • the electronic interruption unit can become high-impedance when the current passes through zero. This has the particular advantage that the current does not break off. Furthermore, since the load is not supplied with current at that moment, the measurement has less impact on the load. Furthermore, a commutation process (reduction of the current in the inductive circuit) does not take place and the electronic interruption unit (including the energy absorber) can block immediately.
  • the electronic interruption unit is then switched to a high-impedance state when the instantaneous value of the voltage between the network-side neutral conductor connection and the network-side phase conductor connection exceeds a second voltage threshold value, in particular when the instantaneous value of the voltage is at its maximum.
  • the second voltage threshold can, for example, be greater than 160 V, 200 V, 240 V or 300 V (any intermediate value is also possible).
  • the instantaneous maximum voltage is 325 volts (in a 230 volt network).
  • the protective switching device is designed in such a way that when the contacts of the mechanical isolating contact unit are closed and the electronic interruption unit is switched to low resistance, the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit is determined. If a third voltage threshold value is exceeded, a second fault condition is present, which initiates the electronic interruption unit becoming high-impedance and/or initiates the opening of the contacts.
  • the third voltage threshold should be less than 1V. In the ideal case, the voltage across the electronic interruption unit in the low-impedance state is zero or near zero volts (less than 1 volt).
  • a first voltage sensor unit connected to the control unit which determines the magnitude of a first voltage between a grid-side connection point and a load-side connection point of the electronic interruption unit.
  • a second voltage sensor unit connected to the control unit is alternatively provided, which determines the level of a second voltage between the network-side neutral conductor connection and the network-side phase conductor connection. Furthermore, a third voltage sensor unit connected to the control unit is provided, which determines the magnitude of a third voltage between the neutral conductor connection on the network side and the connection point of the electronic interruption unit on the load side.
  • the protective switching device is designed in such a way that the level of a/the first voltage between the network-side connection point and the load-side connection point of the electronic interruption unit is determined from the difference between the second and third voltage.
  • the current sensor unit is provided on the circuit side between the line-side phase conductor connection and the load-side phase conductor connection.
  • the device is compactly divided into two, with an electronic interruption unit in the phase conductor together with a current sensor unit on the one hand and a continuous neutral conductor on the other. Furthermore, with a current sensor unit in the phase conductor, more extensive monitoring of currents is achieved both in the circuit itself and in the case of ground fault currents.
  • the low-voltage circuit is a three-phase alternating current circuit.
  • the protective switching device has further line-side and load-side phase conductor connections in order to protect the phases of the electrical circuit.
  • An electronic interruption unit with a voltage determination according to the invention, in particular first voltage sensor units, is provided between each of the line-side and load-side phase conductor connections.
  • a contact of the mechanical isolating contact unit is provided between each of the line-side and load-side phase conductor connections.
  • the protective switching device is designed in such a way that the contacts of the mechanical isolating contact unit can be opened by the control unit, but cannot be closed.
  • the mechanical isolating contact unit can be operated by a mechanical handle in order to switch an opening of contacts or a closing of the contacts. This has the particular advantage that it has the functionality of a classic circuit breaker.
  • an energy supply is provided, in particular for the control unit, which is connected to the grid-side neutral conductor connection and the grid-side phase conductor connection.
  • a fuse in particular a fuse, is provided in the connection to the network-side neutral conductor connection.
  • control unit has a microcontroller.
  • the method for a circuit breaker protecting a low voltage electrical circuit comprising:
  • the mechanical isolating contact unit can be switched by opening contacts to avoid a current flow or by closing the contacts for a current flow in the low-voltage circuit
  • the electronic interruption unit can be switched by semiconductor-based switching elements into a high-impedance state of the switching elements to avoid current flow or a low-impedance state of the switching elements to current flow in the low-voltage circuit
  • the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit is determined.
  • D. H the magnitude of the voltage in the high-impedance state is determined. If the voltage falls below a first threshold value, a first error condition is present, which initiates another high-impedance of the electronic interruption unit and/or initiates opening of the contacts.
  • the electronic interruption unit is advantageously switched to a high-impedance state when the instantaneous value of the voltage between the network-side neutral conductor connection and the network-side phase conductor connection exceeds a second voltage threshold value, in particular when the instantaneous value of the voltage is at its maximum.
  • the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit is advantageously determined. If a third voltage threshold value is exceeded, a second error condition is present, which initiates another high-impedance of the electronic interruption unit and/or initiates opening of the contacts.
  • the computer program product includes instructions which, when the program is executed by a microcontroller, cause the microcontroller to improve or increase the safety of such a protective switching device. a higher one To achieve safety in the low-voltage electrical circuit to be protected by the protective switching device.
  • the microcontroller is part of the protective switching device, in particular the control unit.
  • a corresponding computer-readable storage medium on which the computer program product is stored is claimed.
  • Figure 1 is a first representation of a protective switching device
  • Figure 2 shows a second representation of a protective switching device
  • FIG. 3 shows a third representation of a protective switching device
  • FIG. 4 shows a representation with first voltage curves
  • FIG. 5 shows a representation with second voltage curves
  • FIG. 6 shows a fourth representation of a protective switching device.
  • FIG. 1 shows a representation of a protective switching device SG for protecting an electrical low-voltage circuit, in particular a low-voltage alternating current circuit, with a housing GEH, comprising:
  • the load-side connection points APNL, APLL are connected to the load-side neutral and phase conductor connections NL, LL, so that opening of contacts KKN, KKL to avoid current flow or closing of the contacts for current flow in the low-voltage circuit can be switched,
  • a current sensor unit S I for determining the level of the current of the low-voltage circuit, which is arranged in particular in the phase conductor,
  • a control unit SE which is connected to the current sensor unit S I , the mechanical isolating contact unit MK and the electronic interrupting unit EU, with current and/or current time limit values being exceeded avoiding a current flow in the low-voltage circuit being initiated.
  • the protective switching device is designed in such a way that the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit can advantageously be determined.
  • D. H the level of a first voltage between the grid-side connection point EUG and the load-side connection point EUL of the electronic interruption unit EU can be determined or is determined .
  • a first voltage sensor unit SUI connected to the control unit SE is provided in the example according to FIG.
  • the voltage across the series connection of electronic interruption unit EU and current sensor S I can alternatively also be determined, as shown in FIG.
  • the current sensor unit S I has a very low internal resistance, so that the determination of the level of the voltage is not affected or is only negligibly affected.
  • a second voltage sensor unit SU2 can be provided, which determines the magnitude of the voltage between the line-side neutral conductor connection NG and the line-side phase conductor connection LG.
  • the first voltage sensor unit can also be replaced by using two voltage measurements (before the electronic interrupting unit and after the electronic interrupting unit). The voltage across the electronic interruption unit is determined by forming a difference.
  • A/the second voltage sensor unit SU2 connected to the control unit SE can be provided, which determines the level of a second voltage between the network-side neutral conductor connection (NG) and the network-side phase conductor connection (LG).
  • a third voltage sensor unit SU3 (not shown) connected to the control unit can be provided, which determines the level of a third voltage between the network-side neutral conductor connection NG and the load-side connection point EUL of the electronic interruption unit EU.
  • the protective switching device is designed in such a way that the level of a/the first voltage between the grid-side connection point EUG and the load-side connection point EUL of the electronic interruption unit EU is determined from the difference between the second and third voltage.
  • a measuring impedance ZM can be connected between the network-side connection points APLG, APNG of the mechanical isolating contact unit MK.
  • the measuring impedance ZM can be an electrical resistor and/or capacitor, for example.
  • the measuring impedance can also be an inductance.
  • the measurement impedance can be a series connection or parallel connection of a resistor and/or capacitor and/or inductance.
  • the electronic interruption unit EU has a single-pole design, in the example in the phase conductor.
  • the line-side connection point APNG for the neutral conductor of the mechanical isolating contact unit MK is connected to the line-side neutral conductor connection NG of the housing GEH.
  • the protective switching device SG is advantageously designed such that the contacts of the mechanical isolating contact unit MK can be opened by the control unit SE but not closed, which is indicated by an arrow from the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK.
  • the mechanical isolating contact unit MK can be operated by a mechanical handle HH on the protective switching device SG in order to switch a manual (manual) opening or closing of the contacts KKL, KKN.
  • the mechanical handle HH indicates the switching status (open or closed) of the contacts of the mechanical isolating contact unit MK on the protective switching device.
  • the contact position (or the position of the handle, closed or open) can be transmitted to the control unit SE.
  • the contact position (or the position of the handle) can be determined, for example, using a sensor.
  • the mechanical isolating contact unit MK is advantageously designed in such a way that a (manual) closing of the contacts by the mechanical handle is only possible after a release (enable), in particular a release signal. This is also indicated by the arrow from the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK. That is, the contacts KKL, KKN of the mechanical isolating contact unit MK can only be closed by the handle HH when the release or the release signal (from the control unit) is present. Although the handle HH can be actuated without the release or the release signal, the contacts cannot be closed ("permanent slipping").
  • the protective switching device SG has an energy supply NT, for example a power pack.
  • the power supply NT is provided for the control unit SE, which is indicated in FIG. 1 by a connection between the power supply NT and the control unit SE.
  • the power supply NT is (on the other hand) connected to the mains Connected the neutral conductor connection NG and the line-side phase conductor connection LG.
  • a fuse SS in particular a fuse, can advantageously be provided in the connection to the network-side neutral conductor connection NG (and/or phase conductor connection LG).
  • measuring impedance ZM can be connected to the line-side neutral conductor connection NG via the fuse SS.
  • a three-pole electronics unit EE (FIG. 6) can thus advantageously be implemented, for example as a module that has three
  • the electronics unit EE has, for example, the electronic interruption unit EU, the control unit SE, the power supply NT (in particular including the fuse SS), the current sensor unit SI, the first voltage sensor unit SUI and optionally the second voltage sensor unit SU2.
  • the low-voltage circuit can be a three-phase AC circuit, with a neutral conductor and three phase conductors.
  • the protective switching device can be designed as a three-phase variant and can have, for example, further line-side and load-side phase conductor connections.
  • inventive electronic interruption units and voltage determination devices e.g. by means of first voltage sensor units are provided between the further line-side and load-side phase conductor connections. Also contacts of the mechanical isolating contact unit.
  • High resistance means a state in which only a negligible current flows.
  • resistance values greater than 1 kilohm, more preferably greater than 10 kilohms, 100 kilohms, 1 megohm, 10 megohms, 100 megohms, 1 gigaohm, or greater.
  • Low-impedance means a condition in which the current value specified on the protective switching device could flow.
  • low-impedance means resistance values that are less than 10 ohms, better less than 1 ohm, 100 milliohms, 10 milliohms, 1 milliohm or less.
  • FIG. 2 shows an illustration according to FIG. 1, with the difference that an energy source EQ with a nominal voltage U N of the low-voltage circuit is connected to the network side GRID. Furthermore, on the load side LOAD a consumer or Energy sink ES is connected.
  • a release signal enable is drawn in at the connection of the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK.
  • the mechanical isolating contact unit MK is shown in an open state OFF, i. H . with open contacts KKN, KKL to avoid current flow.
  • the protective switching device SG works, for example, in principle such that when the contacts of the mechanical isolating contact unit and low-impedance interrupting unit and
  • FIG. 3 shows a representation according to FIG. 2, with various differences. The voltages on and in the protective switching device are shown in more detail: - the nominal voltage U N of the energy source EQ of the low-voltage circuit,
  • the first voltage Ul (or U sw ) is measured directly across the electronic interruption unit (ie without a current sensor unit SI).
  • the second voltage U2 (or U N , G ND ) corresponds to the mains voltage U LG minus the (minimum) voltage drop across the current sensor unit SI and the ohmic losses.
  • a detail of the electronic interruption unit EU is also shown, the (single-pole) electronic interruption unit EU having semiconductor-based switching elements TI, T2.
  • the (single-pole) electronic interruption unit EU having semiconductor-based switching elements TI, T2.
  • two series-connected semiconductor-based switching elements T1, T2 are provided.
  • An overvoltage protection device TVS is advantageously provided above the series connection of the two semiconductor-based switching elements TI, T2.
  • two unidirectional electronic switching elements are connected in series (back-to-back).
  • the first unidirectional switching element is arranged switchable in a first current direction and the second unidirectional switching element is arranged switchable in the opposite current direction, the unidirectional switching elements being switched counter to their current switching direction (directly or indirectly, e.g. by internal or external diodes connected in parallel).
  • the protective switching device is designed in such a way that the first and the second switching element can be switched independently of one another.
  • Figure 3 also shows the difference that the contacts of the mechanical isolating contact unit MK are closed and the electronic interruption unit is low.
  • the protective switching device is designed in such a way that when the contacts of the mechanical isolating contact unit MK are closed and the electronic interruption unit EU is switched to low resistance, the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit is determined. If the third voltage threshold value is exceeded, a second fault condition is present, which initiates the electronic interruption unit becoming high-impedance and/or initiates the opening of the contacts.
  • the protective switching device is designed such that when the contacts of the mechanical isolating contact unit MK and the electronic interruption unit EU are switched to low resistance, the electronic interruption unit EU is switched to a high resistance state for the first period of time and the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit is determined. If the voltage falls below the first threshold value, a first error condition is present, which initiates the electronic interruption unit to become highly resistive and/or initiates the contacts to open.
  • connection between the control unit SE and the electronic interruption unit EU has a square-wave signal which is in the on state and is briefly switched to the off state.
  • D. H . for a short time (first period of time) the electronic interruption unit EU is switched to a high-impedance state.
  • the electronic interruption unit can optionally be switched several times to check the functionality in the high-impedance state, which z. B. is indicated by two consecutive states of f (off) of the square-wave signal.
  • an opening signal OEF is sent from the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK in order to initiate opening of the contacts, as indicated in FIG. Furthermore, the control unit SE can send a signal (not shown) to become high-impedance to the electronic interruption unit (or avoid a corresponding low-impedance signal).
  • the opening of the mechanical contacts is preferably carried out shortly before the current zero crossing, so that the mechanical switching contacts can interrupt the current flow more easily, contact erosion or an arc is avoided.
  • the electronic interruption unit is advantageously switched to a high-impedance state when the instantaneous value of the voltage between the network-side neutral conductor connection and the network-side phase conductor connection exceeds a second voltage threshold value, in particular when the instantaneous value of the voltage is at its maximum.
  • FIG. 3 also shows a line inductance Lgrid on the line side with associated voltage drop ULgrid and current igrid on the line side.
  • the load-side current iload together with the load-side voltage drop ULoad across the consumer or drawn in the energy sink ES.
  • the energy sink ES is shown with its inductive and ohmic components.
  • FIG. 4 shows graphs with voltage and current curves during the test by briefly switching off the electronic interruption unit (for a functional protective switching device).
  • the vertical y-axis shows the level of the voltage in volts V or . of the current in amperes A and the time in milliseconds ms on the horizontal x-axis.
  • the upper graph of FIG. 4 shows the load-side voltage ULoad and the load-side current iload. Brief voltage or current dips can be seen at the time when the electronic interruption unit becomes highly resistive—for a first period of time. In the example at the maximum of the voltage or current, ie when the instantaneous value of the voltage or current is at its maximum.
  • the switching element T2 If the first voltage Ul across the electronic interruption unit/the semiconductor-based switching element is positive, the switching element T2, for example, can be checked. If the first voltage Ul across the electronic interruption unit/the semiconductor-based switching element is negative, the switching element TI can be checked, for example.
  • FIG. 5 shows voltage and current curves according to FIG. 4.
  • the middle graphic shows the load-side voltage curves ULoad and the load-side current curve iload.
  • the course of the first voltage Ul is shown in the graphic below. A voltage peak of the first voltage U1 can be seen at the time of the second switch-off pulse AI2.
  • FIG. 5 shows the voltage curves during the test by briefly switching off the switching elements in the case of a defective protective switching device. It can be seen that no switching off takes place during the positive half-wave (no voltage peak of the first voltage Ul). This error pattern occurs, for example, with a broken-down switching element, so that it can be concluded that a broken-down switching element, eg switching element T2. In the negative half-wave, a voltage peak of the first voltage Ul) is switched off. D. H . e.g. B. the switching element TI is (still) in order.
  • I st the first voltage Ul across the electronic switching element is positive, the z. B. a switching element T2 are checked. I st the first voltage Ul across the electronic switching element is negative, z. B. the other switching element TI are checked (for unidirectional switching elements).
  • FIG. 6 shows an illustration according to FIG. 1-3, with the difference that the protective switching device is constructed in two parts. It contains an electronic first part EPART, for example on a printed circuit board.
  • the first part EPART can have the control unit SE, the first voltage sensor unit SUI, the second voltage sensor unit SU2, the current sensor unit SI, the electronic interruption unit EU, the power supply NT.
  • the first part can have the fuse SS, a switch SCH, the measuring impedance ZM, a temperature sensor TEM (in particular for the electronic interruption unit EU), a communication unit COM, a display unit DISP.
  • the first part EPART has only three connections :
  • connection NG a connection for a connection to the network-side neutral conductor connection NG .
  • the protective switching device contains a particularly mechanical second part MPART.
  • the second part MPART can have the mechanical isolating contact unit MK, the handle HH, a release unit FG. Furthermore, the second part can have a position unit POS, for reporting the position of the contacts of the mechanical isolating contacts unit MK to the control unit, as well as the (neutral conductor) connection(s). Further units, not specified in detail, can be provided.
  • a compact protective switching device according to the invention can advantageously be implemented as a result of the division into two.
  • the release unit EG causes the actuation of the contacts of the mechanical isolating contact unit to be released by the handle HH when an enable signal is present in enable. Furthermore, the enabling unit FG can cause the contacts to open when an opening signal OEF is present. The release unit then acts as a trigger unit.
  • the functionality of the electronic interrupting unit is checked by switching the electronic interrupting unit off for a short time ( ⁇ 10ms, preferably ⁇ lms) and then immediately on again, and at the same time measured voltage values and/or measured current values are recorded and these are analyzed in such a way that a breakdown occurs or burned out electronic interrupting unit is detected or . alloyed or blown switching elements are detected.
  • the functionality of the electronic interrupter unit is checked by continuously measuring the voltage across the electronic interrupter unit.
  • a first voltage sensor unit/voltage measuring unit across the electronic interrupting unit is proposed in order to determine the voltage across the electronic interrupting unit.
  • a third voltage sensor unit can be provided in parallel with the second voltage sensor unit, which is connected to the load-side connection of the electronic interrupter unit, d. H . is provided between the electronic interruption unit and the mechanical isolating contact contact unit, which is connected on the one hand to the phase conductor and on the other hand to the neutral conductor.
  • the first voltage can be determined from the differential formation of the voltages between the second and third voltage sensor units. In this case, the first voltage sensor unit can be omitted.
  • a computer program product or Algorithm that the electronic interrupt unit or switches the semiconductor-based switching elements on and off at suitable times (instantaneous values of the mains voltage) and at the same time evaluates the measured current and voltage values in order to recognize that the electronic interruption unit is functional or is not functional.
  • the control unit SE can (for this purpose) have a microcontroller.
  • the computer program product can be executed on the microcontroller.
  • the computer program product includes instructions which, when the program is executed by the microcontroller, cause the microcontroller to control the protective switching device, in particular to support the method according to the invention, in particular to carry it out.
  • the computer program product can be stored on a computer-readable storage medium, such as a CD-ROM, a USB stick or the like.
  • a data carrier signal that transmits the computer program product can exist.
  • An automatic check of the electronic interruption unit can take place cyclically during "normal" ON operation. (E.g. automatic check once an hour/every 45/30/15 minutes or similar.)
  • the semiconductor-based switching elements are checked by briefly switching off the electronic interruption unit while it is switched on, and switched at a moment when a current is flowing, this, together with the existing line inductance, can lead to an overvoltage occurring at the electronic switch, which requires a test of the existing one Energy absorber/surge protection TVS enables .
  • a functioning overvoltage protection limits the voltage to a certain value range of the voltage.
  • the point in time for switching the semiconductor-based switching elements depends on the polarity of the mains voltage that is currently present, so that individual switching elements can be checked in a targeted manner. Furthermore, the instantaneous value of the voltage can be taken into account when selecting the point in time.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit: - einem Gehäuse) mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und einem lastseitigen Anschluss, - einer mechanische Trennkontakteinheit, die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, wobei die mechanische Trennkontakteinheit dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit dem netzseitigen Anschluss zugeordnet ist, - dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist, - dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist, - dass die Höhe des Stromes im Niederspannungsstromkreis, insbesondere zwischen netzseitigen Phasenleiteranschluss und lastseitigen Phasenleiteranschluss, ermittelt wird, - dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, - dass zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die elektronische Unterbrechungseinheit für eine erste Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird.

Description

Beschreibung
Schutzschaltgerät und Verfahren
Die Erfindung betri f ft das technische Gebiet eines Schutz- schaltgerätes für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit .
Mit Niederspannung sind Spannungen von bis zu 1000 Volt Wechselspannung oder bis zu 1500 Volt Gleichspannung gemeint . Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint , die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechselspannung bzw . 120 Volt Gleichspannung, sind .
Mit Niederspannungsstromkreis bzw . -netz oder -anlage sind Stromkreise mit Nennströmen bzw . Bemessungsströmen von bis zu 125 Ampere , spezi fischer bis zu 63 Ampere gemeint . Mit Niederspannungsstromkreis sind insbesondere Stromkreise mit Nennströmen bzw . Bemessungsströmen von bis zu 50 Ampere , 40 Ampere , 32 Ampere , 25 Ampere , 16 Ampere oder 10 Ampere gemeint . Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn- , Bemessungs- oder/und Abschaltströme gemeint , d . h . der Strom der im Normal fall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw . bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie ein Schutzschaltgerät , Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter . Die Nennströme können sich weiter staf feln, von 0 , 5 A über 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 5 A, 6 A, 7 A, 8 A, 9 A, 10 A, usw . bis 16 A.
Leitungsschutzschalter sind seit langem bekannte Überstromschutzeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden . Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss . Ein Leitungsschutzschalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurzschluss selbsttätig abschalten . Ein Leitungsschutzschalter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungselement .
Leistungsschalter sind, im Gegensatz zu Leitungsschutzschaltern, für Ströme größer als 125 A vorgesehen, teilweise auch schon ab 63 Ampere . Leitungsschutzschalter sind deshalb einfacher und filigraner auf gebaut . Leitungsschutzschalter weisen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung auf einer so genannten Hutschiene ( Tragschiene , DIN- Schiene , TH35 ) auf .
Leitungsschutzschalter sind elektromechanisch auf gebaut . In einem Gehäuse weisen sie einen mechanischen Schaltkontakt bzw . Arbeitsstromauslöser zur Unterbrechung (Auslösung) des elektrischen Stromes auf . Üblicherweise wird ein Bimetall- Schutzelement bzw . Bimetall-Element zur Auslösung (Unterbrechung) bei länger anhaltenden Überstrom (Überstromschutz ) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschut z ) eingesetzt . Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurz zeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Überstromgrenzwerts bzw . im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschlussschutz ) eingesetzt . Eine oder mehrere Lichtbogenlöschkammer (n) bzw . Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung sind vorgesehen . Ferner Anschlusselemente für Leiter des zu schützenden elektrischen Stromkreises .
Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit sind relativ neuartige Entwicklungen . Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit auf . D . h . der elektrische Stromfluss des Niederspannungsstromkreises wird über Halbleiterbauelemente respektive Halbleiterschalter geführt , die den elektrischen Stromfluss unterbrechen bzw . leitfähig geschaltet werden können . Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit weisen ferner häufig ein mechanisches Trennkontaktsystem auf , insbesondere mit Trennereigenschaften gemäß einschlägigem Normen für Niederspannungsstromkreise, wobei die Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystems in Serie zur elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet sind, d.h. der Strom des zu schützenden Niederspannungsstromkreises wird sowohl über das mechanische Trennkontaktsystem als auch über die elektronische Unterbrechungseinheit geführt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Niederspannungswechselstromkreise, mit einer Wechselspannung, üblicherweise mit einer zeitabhängigen sinusförmigen Wechselspannung mit der Frequenz f. Die zeitliche Abhängigkeit des momentanen Spannungswertes u(t) der Wechselspannung ist durch die Gleichung: u(t) = U * sin (2n * f * t) beschrieben. Wobei: u(t) = momentaner Spannungswert zu der Zeit t
U = Amplitude der Spannung
Eine harmonische Wechselspannung lässt sich durch die Rotation eines Zeigers darstellen, dessen Länge der Amplitude (U) der Spannung entspricht. Die Momentanauslenkung ist dabei die Projektion des Zeigers auf ein Koordinatensystem. Eine Schwingungsperiode entspricht einer vollen Umdrehung des Zeigers und dessen Vollwinkel beträgt 2n (2Pi) bzw. 360°. Die Kreisfrequenz ist die Änderungsrate des Phasenwinkels dieses rotierenden Zeigers. Die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung beträgt immer das 2n-fache ihrer Frequenz, d.h. :
« = 2n*f = 2n/T = Kreisfrequenz der Wechselspannung (T = Periodendauer der Schwingung)
Häufig wird die Angabe der Kreisfrequenz (CD) gegenüber der Frequenz (f) bevorzugt, da sich viele Formeln der Schwingungslehre aufgrund des Auftretens trigonometrischer Funktionen, deren Periode per Definition 2n ist, mit Hilfe der Kreisfrequenz kompakter darstellen lassen: u ( t ) = U * sin (cot )
Im Falle zeitlich nicht konstanter Kreisfrequenzen wird auch der Begriff momentane Kreisfrequenz verwendet.
Bei einer sinusförmigen, insbesondere zeitlich konstanten, Wechselspannung entspricht der zeitabhängige Wert aus der Winkelgeschwindigkeit co und der Zeit t dem zeitabhängigen Winkel cp ( t ) , der auch als Phasenwinkel cp(t) bezeichnet wird. D.h. der Phasenwinkel cp ( t ) durchläuft periodisch den Bereich O...2n bzw. 0°...360°. D.h. der Phasenwinkel nimmt periodisch einen Wert zwischen 0 und 2n bzw. 0° und 360° an (cp = n* (0...2n) bzw. cp = n* (0°...360°) , wegen Periodizität; verkürzt: cp = O...2n bzw. cp = 0°...360° ) .
Mit momentanem Spannungswert u(t) ist folglich der momentane Wert der Spannung zum Zeitpunkt t, d.h. bei einer sinusförmigen (periodischen) Wechselspannung der Wert der Spannung zum Phasenwinkel cp gemeint (cp = O.,.2n bzw. cp = 0°...360°, der jeweiligen Periode) .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschaltgerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere die Sicherheit eines derartigen Schutzschaltgerätes zu verbessern bzw. eine höhere Sicherheit im durch das Schutzschaltgerät zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis zu erreichen .
Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Niederspannungswechselstromkreises, vorgeschlagen, aufweisend: - ein Gehäuse mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und einem lastseitigen Anschluss ,
- eine mechanische Trennkontakteinheit , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist , wobei die mechanische Trennkontakteinheit dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit dem netzseitigen Anschluss zugeordnet ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- einer Stromsensoreinheit , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises ,
- einer Steuerungseinheit , die mit der Stromsensoreinheit , der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbunden ist , wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird .
Das Schutzschaltgerät ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) zur Funktionsprüfung die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine erste Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird .
Die erste Zeitspanne kann bevorzugt im Bereich 100 ps bis 5 ms liegen . Die erste Zeitspanne kann im Bereich 100 ps bis 20 ms liegen . Beispielsweise 100 ps , 200 ps , ..., 1 ms , 2 ms , ... 5ms , ... 20 ms ; j eder Zwischenwert ist möglich und of fenbart . Dies hat den besonderen Vorteil , dass die elektronische Unterbrechungseinheit hinsichtlich ihrer „Ausschaltbarkeit" überprüft werden kann . Ferner erfolgt dies im laufenden Betrieb, ohne weitere Einschränkungen . Durch die kurzen Zeiten werden vorteilhaft die Lasten bzw . Verbraucher nicht so lange vom Netz getrennt . Erfindungsgemäß wird somit eine erhöhte Betriebssicherheit eines Schutzschaltgerätes erzielt . Ferner wird eine neue Architektur bzw . konstruktive Ausgestaltung eines Schutzschaltgerätes vorgeschlagen .
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und im Aus führungsbeispiel angegeben .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass ( für einen Leiter ) die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass speziell die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt und lastseitigen Verbindungspunkt der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist bzw . ermittelt wird .
Hierzu kann mindestens eine , mit der Steuerungseinheit verbundene , Spannungssensoreinheit vorgesehen sein . Bei mehreren Spannungssensoreinheiten sind diese mit der Steuerungseinheit verbunden .
Mit der Ermittlung der Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit kann die Ermittlung der Funktions fähigkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit vorteilhaft einfach unterstützt werden . Es wird somit eine erhöhte Betriebssicherheit eines Schutzschaltgerätes erzielt . Ferner wird eine neue Architektur bzw . konstruktive Ausgestaltung eines Schutzschaltgerätes vorgeschlagen .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass bei der Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit für die erste Zeitspanne in den hochohmigen Zustand die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird . D . h . im hochohmigen Zustand wird die Höhe der Spannung ermittelt . Bei Unterschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes liegt eine erste Fehlerbedingung vor, die ein weiteres hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Überprüfung der elektronischen Unterbrechungseinheit im laufenden Betrieb erfolgt und bei fehlerhafter elektronischer Unterbrechungseinheit eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis initiiert wird, sodass ein sicherer Zustand vorliegt .
Der erste Spannungsschwellwert könnte ein Ef fektivwert / Mittelwert / rms-Wert der Wechselspannung sein . Der erste Spannungsschwellwert könnte ein Momentanwert der Spannung sein . Der Vergleich kann über Ef fektivwerte oder über zeitliche Momentanwerte erfolgen .
Der erste Spannungsschwellwert kann zum Beispiel Weise 5- 15 % der Nennspannung des Niederspannungsstromkreises , beispielsweise 10 % , betragen, die gilt z . B . für die Ef fektivwerte der Spannung . Der erste Spannungsschwellwert kann zum Beispiel Weise 5- 15 % unter der erwarteten bzw . ermittelten momentanen Höhe der Spannung an der Netzseite des Schutzschaltgerätes sein, beispielsweise 10 % .
Der erste Spannungsschwellwert kann abhängig von der Impedanz bzw . dem Widerstand der Last bzw . dem Laststrom bemessen sein, insbesondere der vorher geflossen ist .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine einfache Überprüfung während des laufenden Betriebes hinsichtlich des Ausschaltverhaltens bzw . der Ausschaltbarkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit gegeben ist .
Weiterhin kann vorteilhaft im Falle eines Energieabsorbers respektive Überspannungsschutzes innerhalb der elektronischen Unterbrechungseinheit auch dessen Funktions fähigkeit geprüft werden . Wenn vorher Strom im Niederspannungsstromkreis geflossen ist , kann nach dem hochohmig werden der Freilauf ström durch bzw . die entstehende Spannung über dem Energieabsorber geprüft werden . Wenn unter einem vorhandenen Stromfluss die elektronische Unterbrechungseinheit geöf fnet wird, steigt die Spannung ( auf Grund der Induktivität im Leitungskreis ) bis auf die Spannung des Überspannungsschutzes an . Somit kann die Funktions fähigkeit des Energie Absorbers geprüft werden . Vorteilhafterweise kann das hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit im Nulldurchgang des Stromes erfolgen . Dies hat den besonderen Vorteil , dass es zu keinem Abriss des Stromes kommt . Ferner, da die Last in diesem Moment mit keinem Strom versorgt wird, die Messung weniger Auswirkungen auf die Last hat . Ferner ein Kommutierungsvorgang (Abnahme des Stromes im induktiven Stromkreis ) nicht erfolgt und die elektronische Unterbrechungseinheit ( inkl . Energy Absorber ) sofort sperren kann .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektronische Unterbrechungseinheit dann in einen hochohmigen Zustand geschaltet , wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen zweiten Spannungsschwellwert überschreitet , insbesondere wenn der Momentanwert der Spannung im Maximum ist .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass die kurz zeitige Unterbrechung der Energiezufuhr in einem Maximum der zur Verfügung stehenden Energie erfolgt . Ferner, dass die elektronische Unterbrechungseinheit unter maximaler Spannung geprüft wird, so dass eine Fehl funktion frühzeitig erkannt werden kann .
Der zweite Spannungsschwellwert kann beispielsweise größer als 160 V, 200 V, 240 V oder 300 V sein ( j eder Zwischenwert ist ebenfalls möglich) . Der Momentanwert der Spannung im Maximum ist 325 Volt (bei einem 230 Volt Netz ) .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird . Bei Überschreitung eines dritten Spannungsschwellwertes liegt eine zweite Fehlerbedingung vor, die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine (weitere ) ( schaltlose ) Überprüfung der elektronischen Unterbrechungseinheit im laufenden Betrieb erfolgt und bei fehlerhafter elektronischer Unterbrechungseinheit eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis initiiert wird, sodass ein sicherer Zustand vorliegt .
Der dritte Spannungsschwellwert sollte kleiner als 1 V sein . Im Ideal fall ist die Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit im niederohmigen Zustand Null bzw . nahe Null Volt ( kleiner als 1 Volt ) .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene erste Spannungssensoreinheit vorgesehen ist , die die Höhe einer ersten Spannung zwischen einem netzseitigen Verbindungspunkt und einem lastseitigen Verbindungspunkt der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine einfache Lösung mit nur einer Spannungssensoreinheit gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist alternativ eine mit der Steuerungseinheit verbundene zweite Spannungssensoreinheit vorgesehen, die die Höhe einer zweiten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss ermittelt . Weiterhin ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene dritte Spannungssensoreinheit vorgesehen, die die Höhe einer dritten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und lastseitigen Verbindungspunkt der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt . Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass aus der Di f ferenz zwischen zweiter und dritter Spannung die Höhe einer/der ersten Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt und lastseitigen Verbindungspunkt der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine weitere Lösung, basierend auf klassischen Spannungsmessungen gegeben ist . Zudem wird eine weiterreichende Prüfung des Schutzschaltgerätes ermöglicht . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stromsensoreinheit stromkreisseitig zwischen netzseitigen Phasenleiteranschluss und lastseitigen Phasenleiteranschluss vorgesehen .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine kompakte Zweiteilung des Gerätes gegeben ist , mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit im Phasenleiter nebst Stromsensoreinheit einerseits und einem durchgehenden Neutralleiter andererseits . Ferner wird mit einer Stromsensoreinheit im Phasenleiter eine weitergehende Überwachung bezüglich Ströme sowohl im Stromkreis selbst als auch bei Erdfehlerströmen erreicht .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Niederspannungsstromkreis ein Dreiphasenwechselstromkreis . Das Schutzschaltgerät weist weitere netzseitige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse auf , um die Phasen des elektrischen Stromkreises zu schützen . Zwischen j edem der netzseitigen und lastseitigen Phasenleiteranschlüsse ist j eweils eine elektronische Unterbrechungseinheit mit einer erfindungsgemäßen Spannungsermittlung, insbesondere ersten Spannungssensoreinheiten, vorgesehen . Zwischen j edem der netzseitigen und lastseitigen Phasenleiteranschlüsse ist zudem ein Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehen .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Schutz für Dreiphasenwechselstromkreis ermöglicht wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Steuerungseinheit geöf fnet , aber nicht geschlossen werden können .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht wird, da die Kontakte versehentlich durch die Steuerungseinheit nicht geschlossen werden können .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit durch eine mechanische Handhabe bedienbar, um ein Öf fnen von Kontakten oder ein Schließen der Kontakte zu schalten . Dies hat den besonderen Vorteil , dass die Funktionalität eines klassischen Leitungsschutzschalters gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Energieversorgung, insbesondere für die Steuerungseinheit , vorgesehen, die mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss und dem netzseitigen Phasenleiteranschluss verbunden ist . Speziell ist in der Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss eine Sicherung, insbesondere Schmel zsicherung, vorgesehen .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine kompakte elektronische Baugruppe ermöglicht wird . Ferner gibt es nur eine Querverbindung zwischen Phasenleiter und Neutralleiter, sodass ein Fehler im Gerät , der hier einen Kurzschluss verursachen würde , leicht zu schützen ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
- bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet , insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit geschlossen bleibt ,
- bei einem ermittelten Strom, der einen (höheren) zweiten Stromwert , insbesondere für eine zweite Zeitgrenze , überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit geöf fnet wird,
- bei einem ermittelten Strom, der einen (noch höheren) dritten Stromwert überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit geöf fnet wird .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein abgestuftes Abschaltkonzept bei erhöhten Strömen für ein erfindungsgemäßes Schutzschaltgerät vorliegt .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinheit einen Mikrocontroller auf . Dies hat den besonderen Vorteil , dass die erfindungsgemäßen Funktionen zur Erhöhung der Sicherheit eines Schutzschaltgerätes bzw . des zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis durch ein ( anpassbares ) Computerprogrammprodukt realisiert werden können . Ferner können Änderungen und Verbesserungen der Funktion dadurch individuell auf ein Schutzschaltgerät geladen werden .
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen (halbleiterbasierten) Schaltelementen mit den gleichen und weiteren Vorteilen beansprucht .
Das Verfahren für ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit :
- einem Gehäuse mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und einem lastseitigen Anschluss ,
- einer mechanische Trennkontakteinheit , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist , wobei die mechanische Trennkontakteinheit dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit dem netzseitigen Anschluss zugeordnet ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die Höhe des Stromes im Niederspannungsstromkreis , insbesondere zwischen netzseitigen Phasenleiteranschluss und lastseitigen Phasenleiteranschluss , ermittelt wird,
- dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird . Zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit wird die elektronische Unterbrechungseinheit für eine erste Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand geschaltet .
Bei der Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit für die erste Zeitspanne in den hochohmigen Zustand wird die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt . D . h . die Höhe der Spannung im hochohmigen Zustand wird ermittelt . Bei Unterschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes liegt eine erste Fehlerbedingung vor, die ein weiteres hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
Vorteilhaft wird die elektronische Unterbrechungseinheit dann in einen hochohmigen Zustand geschaltet , wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen zweiten Spannungsschwellwert überschreitet , insbesondere wenn der Momentanwert der Spannung im Maximum ist .
Vorteilhaft wird bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt . Bei Überschreitung eines dritten Spannungsschwellwertes liegt eine zweite Fehlerbedingung vor, die ein weiteres hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt beansprucht . Das Computerprogrammprodukt umfass Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch einen Mikrocontroller diesen veranlassen die Sicherheit eines derartigen Schutzschaltgerätes zu verbessern bzw . eine höhere Sicherheit im durch das Schutzschaltgerät zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis zu erreichen .
Der Mikrocontroller ist Teil des Schutzschaltgerätes , insbesondere der Steuerungseinheit .
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist , beansprucht .
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Datenträgersignal , das das Computerprogrammprodukt überträgt , beansprucht .
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw . 14 , als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, insbesondere auch ein Rückbezug der anhängigen Anordnungsansprüche auf den unabhängigen Verfahrensanspruch, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes , insbesondere eine Verbesserung der Sicherheit eines Schutz- schaltgerätes bzw . des elektrischen Stromkreises , und stellen ein neues Konzept für ein Schutzschaltgerät bereit .
Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden .
Dabei zeigt die Zeichnung :
Figur 1 eine erste Darstellung eines Schutzschaltgerätes ,
Figur 2 eine zweite Darstellung eines Schutzschaltgerätes ,
Figur 3 eine dritte Darstellung eines Schutzschaltgerätes ,
Figur 4 eine Darstellung mit ersten Spannungsverläufen, Figur 5 eine Darstellung mit zweiten Spannungsverläufen,
Figur 6 eine vierte Darstellung eines Schutzschaltgerätes .
Figur 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises , insbesondere Niederspannungswechselstromkreis , mit einem Gehäuse GEH, aufweisend :
- einen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG, einem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG, einem lastseitigen Neutralleiteranschluss NL, einem lastseitigen Phasenleiteranschluss LL des Niederspannungsstromkreises ; an der Netzseite GRID ist üblicherweise eine Energiequelle angeschlossen, an der Lastseite LOAD ist üblicherweise ein Verbraucher angeschlossen;
- eine ( zweipolige ) mechanische Trennkontakteinheit MK mit lastseitigen Anschlusspunkten APLL, APNL und netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG, wobei für den Neutralleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt APNL, für den Phasenleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt APLL, für den Neutralleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt APNG, für den Phasenleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt APLG vorgesehen ist . Die lastseitigen Anschlusspunkte APNL, APLL sind mit den lastseitigen Neutral- und Phasenleiteranschlüssen NL, LL verbunden, so dass ein Öf fnen von Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- eine , insbesondere einpolige , elektronische Unterbrechungseinheit EU, ( die bei einpoliger Aus führung insbesondere im Phasenleiter angeordnet ist , ) mit einem netzseitigen Verbindungspunkt EUG, der mit dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG in elektrischer Verbindung steht , und einem lastseitigen Verbindungspunkt EUL, der mit dem netzseitigen Anschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK in elektrischer Verbindung steht bzw . verbunden ist , wobei die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Nieder spannungs Stromkreis aufweist ,
- eine Stromsensoreinheit S I , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises , die insbesondere im Phasenleiter angeordnet ist ,
- einer Steuerungseinheit SE , die mit der Stromsensoreinheit S I , der mechanischen Trennkontakteinheit MK und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden ist , wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird .
Erfindungsgemäß ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass vorteilhaft die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist . D . h . die Höhe einer ersten Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ist ermittelbar bzw . wird ermittelt .
Hierzu ist im Beispiel gemäß Figur 1 eine mit der Steuerungseinheit SE verbundene erste Spannungssensoreinheit SUI vorgesehen, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt .
Bei der Spannungsmessung durch die erste Spannungssensoreinheit SUI kann alternativ auch die Spannung über der Serienschaltung von elektronischer Unterbrechungseinheit EU und Stromsensor S I ermittelt werden, wie in Figur 1 dargestellt . Die Stromsensoreinheit S I weist einen sehr geringen Innenwiderstand auf , so dass die Ermittlung der Höhe der Spannung nicht oder vernachlässigbar beeinträchtigt wird .
Vorteilhafterweise kann eine zweite Spannungssensoreinheit SU2 vorgesehen ist , die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasenleiteranschluss LG ermittelt . Die erste Spannungssensoreinheit kann auch ersetzt werden, in dem zwei Spannungsmessungen (vor der elektronischen Unterbrechungseinheit und nach der elektronischen Unterbrechungseinheit ) verwendet werden . Durch eine Di f ferenzbildung wird die Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt .
So kann eine/die mit der Steuerungseinheit SE verbundene zweite Spannungssensoreinheit SU2 vorgesehen sein, die die Höhe einer zweiten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss (NG) und netzseitigen Phasenleiteranschluss ( LG) ermittelt . Ferner kann eine mit der Steuerungseinheit verbundene (nicht dargestellte ) dritte Spannungssensoreinheit SU3 vorgesehen sein, die die Höhe einer dritten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt . Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass aus der Di f ferenz zwischen zweiter und dritter Spannung die Höhe einer/der ersten Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt wird .
Zwischen den netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG der mechanischen Trennkontakteinheit MK kann eine Messimpedanz ZM geschaltet . Die Messimpedanz ZM kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand oder/und Kondensator sein . Die Messimpedanz kann ferner eine Induktivität sein . Insbesondere kann die Messimpedanz eine Serienschaltung oder Parallelschaltung eines Widerstandes oder/und Kondensator oder/und Induktivität sein .
Im Beispiel gemäß Figur 1 ist die elektronische Unterbrechungseinheit EU einpolig ausgeführt , im Beispiel im Phasenleiter . Hierbei ist der netzseitige Anschlusspunkt APNG für den Neutralleiter der mechanischen Trennkontakteinheit MK mit den netzseitigen Neutralleiteranschluss NG des Gehäuses GEH verbunden . Das Schutzschaltgerät SG ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch die Steuerungseinheit SE geöffnet, aber nicht geschlossen werden können, was durch einen Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet ist.
Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist durch eine mechanische Handhabe HH am Schutzschaltgerät SG bedienbar, um ein manuelles (händisches) Öffnen oder ein Schließen der Kontakte KKL, KKN zu schalten. Die mechanische Handhabe HH zeigt den Schalt zustand (Offen oder Geschlossen) der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK am Schutzschaltgerät an.
Des Weiteren kann die Kontaktstellung (bzw. die Position der Handhabe, geschlossen bzw. geöffnet) an die Steuerungseinheit SE übermittelbar sein. Die Kontaktstellung (bzw. die Position der Handhabe) kann z.B. mittels eines Sensors ermittelt werden .
Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass ein (manuelles) Schließen der Kontakte durch die mechanische Handhabe erst nach einer Freigabe (Enable) , insbesondere einem Freigabesignal, möglich ist. Dies ist ebenfalls durch den Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet. D. h., die Kontakte KKL, KKN der mechanischen Trennkontakteinheit MK können durch die Handhabe HH erst bei Vorliegen der Freigabe bzw. des Freigabesignals (von der Steuerungseinheit) geschlossen werden. Ohne die Freigabe bzw. das Freigabesignal kann die Handhabe HH zwar betätigt, die Kontakte aber nicht geschlossen werden („Dauerrutscher") .
Das Schutzschaltgerät SG weist eine Energieversorgung NT, beispielsweise ein Netzteil, auf. Insbesondere ist die Energieversorgung NT für die Steuerungseinheit SE vorgesehen, was durch eine Verbindung zwischen Energieversorgung NT und Steuerungseinheit SE in Figur 1 angedeutet ist. Die Energieversorgung NT ist (andererseits) mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG verbunden . In die Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG ( oder/und Phasenleiteranschluss LG) kann vorteilhaft eine Sicherung SS , insbesondere Schmel zsicherung, vorgesehen sein .
Alternativ kann die Messimpedanz ZM über die Sicherung SS mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG verbunden sein . Damit kann vorteilhaft eine dreipolige Elektronikeinheit EE ( Fig 6 ) realisiert werden, beispielsweise als Modul , die drei
Anschlusspunkte aufweist , einen Neutralleiteranschlusspunkt und zwei Phasenleiteranschlusspunkte . Die Elektronikeinheit EE weist beispielsweise die elektronische Unterbrechungseinheit EU, die Steuerungseinheit SE , die Energieversorgung NT ( insbesondere inklusive Sicherung SS ) , die Stromsensoreinheit S I , die erste Spannungssensoreinheit SUI und optional die zweite Spannungssensoreinheit SU2 auf .
Der Niederspannungsstromkreis kann ein Dreiphasenwechselstromkreis sein, mit einem Neutralleiter und drei Phasenleitern . Das Schutzschaltgerät kann hierfür als dreiphasige Variante ausgestaltet sein und beispielsweise weitere netzseitige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse aufweisen . Zwischen den weiteren netzseitigen und lastseitigen Phasenleiteranschlüssen sind in analoger Weise j eweils erfindungsgemäße elektronische Unterbrechungseinheiten und Spannungsermittlungen ( z . B . durch erste Spannungssensoreinheiten) vorgesehen . Ebenso Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit .
Mit hochohmig ist ein Zustand gemeint , bei dem nur noch ein Strom vernachlässigbarer Größe fließt . Insbesondere sind mit hochohmig Widerstandswerte von größer als 1 Kiloohm, besser größer als 10 Kiloohm, 100 Kiloohm, 1 Megaohm, 10 Megaohm, 100 Megaohm, 1 Gigaohm oder größer gemeint .
Mit niederohmig ist ein Zustand gemeint , bei dem der auf dem Schutzschaltgerät angegebene Stromwert fließen könnte . Insbesondere sind mit niederohmig Widerstandswerte gemeint , die kleiner als 10 Ohm, besser kleiner als 1 Ohm, 100 Milliohm, 10 Milliohm, 1 Milliohm oder kleiner sind .
Figur 2 zeigt eine Abbildung gemäß Figur 1 , mit dem Unterschied, dass an der Netzseite GRID eine Energiequelle EQ mit einer Nennspannung UN des Niederspannungsstromkreises angeschlossen ist . Ferner an der Lastseite LOAD ein Verbraucher bzw . Energiesenke ES angeschlossen ist .
Weiterhin ist bei der Verbindung von Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK ein Freigabesignal enable eingezeichnet .
Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist in einem geöf fneten Zustand OFF dargestellt , d . h . mit geöf fneten Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses .
Das Schutzschaltgerät SG arbeitet beispielsweise prinzipiell derart , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
- bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet , insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geschlossen bleibt ,
- bei einem ermittelten Strom, der einen höheren zweiten Stromwert , insbesondere für eine zweite Zeitgrenze , überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geöf fnet wird,
- bei einem ermittelten Strom, der einen noch höheren dritten Stromwert überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geöf fnet wird .
Figur 3 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 2 , mit verschiedenen Unterschieden . Die Spannungen am und im Schutzschaltgerät sind näher dargestellt : - die Nennspannung UN der Energiequelle EQ des Niederspannungsstromkreises ,
- die zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasenleiteranschluss LG anliegende Netzspannung ULN ,
- die im Schutzschaltgerät durch die zweite Spannungssensoreinheit SU2 gemessene zweite Spannung U2 bzw . UN, GND/
- die mit der ersten Spannungssensor Einheit SUI über der elektronischen Unterbrechungseinheit EU gemessene erste Spannung Ul bzw . Uss-ä .
In dieser Variante gemäß Figur 3 wird die erste Spannung Ul (bzw . Usw) direkt über der elektronischen Unterbrechungseinheit gemessen ( d . h . ohne Stromsensoreinheit S I ) . Die zweite Spannung U2 (bzw . UN, GND ) entspricht der Netzspannung ULG abzüglich des (minimalen) Spannungsabfalls über der Stromsensoreinheit S I sowie den ohmschen Verlusten .
Weiter ist ein Detail der elektronischen Unterbrechungseinheit EU dargestellt , wobei die ( einpolige ) elektronische Unterbrechungseinheit EU halbleiterbasierte Schaltelemente TI , T2 aufweist . Im Beispiel gemäß Figur 3 sind zwei in Serie geschaltete halbleiterbasierte Schaltelemente TI , T2 vorgesehen . Vorteilhaft ist über der Serienschaltung der beiden halbleiterbasierten Schaltelementen TI , T2 eine Überspannungsschutzeinrichtung TVS vorgesehen .
In der Ausgestaltung gemäß Figur 3 sind zwei unidirektionale elektronische Schaltelemente in Serie geschaltet ( antiseriell ) . Das erste unidirektionale Schaltelement ist hierbei in einer ersten Stromrichtung schaltbar angeordnet und das zweite unidirektionale Schaltelement in der entgegengesetzten Stromrichtung schaltbar angeordnet , wobei die unidirektiona- len Schaltelemente entgegen ihrer Stromschaltrichtung ( direkt oder indirekt , z . B . durch interne oder extern parallel geschaltete Dioden) leitend sind . Insbesondere ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass das erste und das zweite Schaltelement unabhängig voneinander schaltbar sind .
Im Folgenden wird folgende Situation betrachtet : - Es liegt Nennspannung bzw . Netzspannung ( z . B . 230 V AC ) am netzseitigen Anschluss LG, NG bzw . Netzseite GRID bzw . Netzanschluss des Schutzschaltgerätes an,
- Es ist ein Verbraucher bzw . Energiesenke ES bzw . Last an der Lastseite LOAD des Schutzschaltgerätes angeschlossen,
Figur 3 zeigt ferner den Unterschied, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK geschlossen sind und die elektronische Unterbrechungseinheit niederohmig ist .
Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit EU die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird . Bei Überschreitung des dritten Spannungsschwellwertes liegt eine zweite Fehlerbedingung vor, die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
Ferner ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit EU die elektronische Unterbrechungseinheit EU für die erste Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird und die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird . Bei Unterschrei- tung des ersten Spannungsschwellwertes liegt eine erste Fehlerbedingung vor, die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
Dies ist in Figur 5 dadurch angedeutet , dass die Verbindung zwischen Steuerungseinheit SE und elektronischer Unterbrechungseinheit EU ein Rechtecksignal aufweist , dass im Zustand on ( ein) ist und kurz zeitig in den Zustand of f ( aus ) geschaltet wird . D . h . kurz zeitig ( erste Zeitspanne ) wird die elektronische Unterbrechungseinheit EU in einen hochohmigen Zustand geschaltet . Die elektronische Unterbrechungseinheit kann gegebenenfalls mehrfach zur Prüfung der Funktions fähigkeit in den hochohmigen Zustand geschaltet werden, was z . B . durch zwei aufeinanderfolgende Zustände of f ( aus ) des Rechtecksignals angedeutet ist .
Liegt die erste oder zweite Fehlerbedingung vor, wird ein Öf fnungssignal OEF von der Steuerungseinheit SE an die mechanische Trennkontakteinheit MK gesendet , um ein Öf fnen der Kontakte zu initiieren, wie in Figur 5 angedeutet . Ferner kann die Steuerungseinheit SE ein (nicht eingezeichnetes ) Signal zum hochohmig werden an die elektronische Unterbrechungseinheit senden (bzw . ein entsprechendes Niederohmig- Signal vermeiden) . Das Öf fnen der mechanischen Kontakte wird bevorzugt kurz vor dem Stromnulldurchgang durchgeführt , sodass die mechanischen Schaltkontakte den Stromfluss leichter unterbrechen können, Kontaktabbrand bzw . ein Lichtbogen vermieden wird .
Die elektronische Unterbrechungseinheit wird vorteilhaft dann in einen hochohmigen Zustand geschaltet , wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen zweiten Spannungsschwellwert überschreitet , insbesondere wenn der Momentanwert der Spannung im Maximum ist .
In Figur 3 ist ferner eine netzseitige Leitungsinduktivität Lgrid mit zugehörigen Spannungsabfall ULgrid sowie netzseitigen Strom igrid eingezeichnet . Zudem ist der lastseitige Strom iload nebst lastseitigen Spannungsabfall ULoad über dem Verbraucher bzw . der Energie Senke ES eingezeichnet . Die Energiesenke ES ist mit ihrem induktiven und ohmschen Anteil dargestellt .
Figur 4 zeigt Grafiken mit Spannungs- und Stromverläufen beim Test durch kurz zeitiges Ausschalten der elektronischen Unterbrechungseinheit ( für ein funktions fähiges Schutzschaltgerät ) .
Auf der vertikalen y-Achse ist die Höhe der Spannung in Volt V bzw . des Stroms in Ampere A und auf der hori zontalen x- Achse die Zeit in Millisekunden ms aufgetragen . In der oberen Grafik von Figur 4 ist die lastseitige Span- nungs ULoad und der lastseitige Strom iload dargestellt. Zu sehen sind kurzzeitige Spannungs- bzw. Stromeinbrüche zum Zeitpunkt des - für eine erste Zeitspanne - hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit. Im Beispiel im Maximum der Spannung bzw. des Stromes, d.h. wenn der Momentanwert der Spannung bzw. des Stromes im Maximum ist.
Ist die erste Spannung Ul über der elektronischen Unterbrechungseinheit / dem halbleiterbasierten Schaltelement positiv, kann z.B. das Schaltelement T2 überprüft werden. Ist die erste Spannung Ul über der elektronischen Unterbrechungseinheit / dem halbleiterbasierten Schaltelement negativ, kann z.B. das Schaltelement TI überprüft werden.
Figur 5 zeigt Spannungs- und Stromverläufe gemäß Figur 4. In der oberen Grafik von Figur 5 sind zum Zeitpunkt t= 16 ms ein erster Ausschaltimpuls All und zum Zeitpunkt t= 25 ms ein zweiter Ausschaltimpuls AI2 der halbleiterbasierten Schaltelemente eingezeichnet.
In der mittleren Grafik sind die lastseitigen Spannungsverläufe ULoad und der lastseitige Stromverlauf iload dargestellt. Beim ersten Ausschaltimpuls All ist kein lastseitiger Spannungs- und auch kein lastseitiger Stromeinbruch feststellbar. Beim zweiten Ausschaltimpuls AI2 liegt ein kurzzeitiger lastseitiger Spannungs- bzw. Stromeinbruch vor.
In der unteren Grafik ist der Verlauf der ersten Spannung Ul eingezeichnet. Zum Zeitpunkt des zweiten Ausschaltimpulses AI2 ist eine Spannungsspitze der ersten Spannung Ul erkennbar .
Figur 5 zeigt die Spannungsverläufe beim Test durch kurzzeitiges Ausschalten der Schaltelemente bei einem defekten Schutzschaltgerät. Es ist zu erkennen, dass während der positiven Halbwelle kein Ausschalten erfolgt (keine Spannungsspitze der ersten Spannung Ul) . Dieses Fehlerbild tritt z.B. bei einem durchlegierten Schaltelement auf, sodass hierdurch auf ein durchlegiertes Schaltelement, z.B. Schaltelement T2, geschlossen werden kann. Bei der negativen Halbwelle erfolgt ein Ausschalten Spannungsspitze der ersten Spannung Ul ) . D . h . z . B . das Schaltelement TI ist (noch) in Ordnung .
I st die erste Spannung Ul über dem elektronischen Schaltelement positiv, kann der z . B . ein Schaltelement T2 überprüft werden . I st die erste Spannung Ul über dem elektronischen Schaltelement negativ, kann z . B . das andere Schaltelement TI überprüft werden (bei unidirektionalen Schaltelementen) .
Figur 6 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 1-3 , mit dem Unterschied, dass das Schutzschaltgerät zweiteilig aufgebaut ist . Es enthält einen elektronischen ersten Teil EPART , beispielsweise auf einer Leiterplatte / Printed Circuit Board . Der erste Teil EPART kann die Steuerungseinheit SE , die erste Spannungssensoreinheit SUI , die zweite Spannungssensoreinheit SU2 , die Stromsensoreinheit S I , die elektronische Unterbrechungseinheit EU, die Energieversorgung NT , aufweisen . Ferner kann der erste Teil die Schmel zsicherung SS , einen Schalter SCH, die Meßimpedanz ZM, einen Temperatursensor TEM ( insbesondere für die elektronische Unterbrechungseinheit EU) , eine Kommunikationseinheit COM, eine Anzeigeeinheit DISP aufweisen .
Der erste Teil EPART weist nur drei Anschlüsse auf :
- den netzseitigen Phasenleiter Anschluss LG,
- einen Anschluss für den bzw . zum netzseitigen Phasenleiteranschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK,
- einen Anschluss für eine Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG .
Das Schutzschaltgerät enthält einen, insbesondere mechanischen, zweiten Teil MPART . Der zweite Teil MPART kann die mechanische Trennkontakteinheit MK, die Handhabe HH, eine Freigabeeinheit FG aufweisen . Ferner kann der zweite Teil eine Positionseinheit POS , zur Meldung der Position der Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit MK an die Steuerungseinheit , sowie die (Neutralleiter- ) Verbindung ( en) aufweisen . Es können weitere , nicht näher bezeichnete , Einheiten vorgesehen sein .
Durch die Zweiteilung lässt sich vorteilhaft ein erfindungsgemäßes kompaktes Schutzschaltgerät realisieren .
Die Freigabeeinheit EG bewirkt eine Freigabe der Betätigung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe HH, wenn ein Freigabesignal in enable vorliegt . Ferner kann die Freigabeeinheit FG ein Öf fnen der Kontakte bewirken, wenn ein Öf fnungssignal OEF vorliegt . Die Freigabeeinheit agiert dann als Auslöseeinheit .
Im Folgenden soll die Erfindung nochmals zusammengefasst und näher erläutert werden .
Beispielhaft vorgeschlagen wird ein elektronisches Schutz- und Schaltgerät mit :
- Gehäuse mit netzseitigen und lastseitigen Anschlüssen
- Spannungssensoreinheit zur Messung der Netzspannung
- Stromsensoreinheit zur Messung des ( Last ) Stromes
- mechanische Trennkontakteinheit inkl . Handhabe ( inkl . Anzeige der Kontaktstellung, Auslöser durch die Elektronik, Trennereigenschaf ten)
- elektronische Unterbrechungseinheit mit halbleiterbasierten Schalt element en
- Steuerungseinheit
- die Funktions fähigkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit wird überprüft , indem die elektronische Unterbrechungseinheit kurz zeitig (<10ms , bevorzugt <lms ) aus- und gleich wieder eingeschaltet wird, und gleichzeitig Spannungsmesswerte und/oder Strommesswerte erfasst werden und diese so analysiert werden, dass eine durchlegierte oder durchgebrannte elektronische Unterbrechungseinheit erkannt wird bzw . durchlegierte oder durchgebrannte Schaltelemente erkannt werden .
Ferner wird die Funktions fähigkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit durch die kontinuierliche Messung der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit geprüft . Hier kann z . B . im eingeschalteten Zustand festgestellt werden, dass ein Halbleiter durchgebrannt ist .
Es wird eine erste Spannungssensoreinheit / Spannungsmesseinheit über der elektronischen Unterbrechungseinheit vorgeschlagen, um die Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit zu bestimmen . Alternativ kann parallel zur zweiten Spannungssensoreinheit eine dritte Spannungssensoreinheit vorgesehen sein, die am lastseitigen Anschluss der elektronischen Unterbrechungseinheit , d . h . zwischen elektronischer Unterbrechungseinheit und mechanischer Trennkontakte Kontakteinheit vorgesehen ist , wobei diese einerseits mit dem Phasenleiter und andererseits mit dem Neutralleiter verbunden ist . Aus der Di f ferenzbildung der Spannungen zwischen zweiter und dritter Spannungssensoreinheit kann die erste Spannung ermittelt werden . Die erste Spannungssensor Einheit kann in diesem Fall entfallen .
Vorgeschlagen wird ein Computerprogrammprodukt bzw . Algorithmus , der die elektronische Unterbrechungseinheit bzw . die halbleiterbasierten Schaltelemente zu geeigneten Zeitpunkten (Momentanwerten der Netzspannung) ein- und ausschaltet und gleichzeitig die gemessenen Strom- und Spannungswerte auswertet , um zu erkennen, dass die elektronische Unterbrechungseinheit funktions fähig bzw . nicht funktions fähig ist .
Die Steuerungseinheit SE kann ( dazu) einen Mikrocontroller aufweisen . Auf dem Mikrocontroller kann das Computerprogrammprodukt ausgeführt werden . Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch den Mikrocontroller diesen veranlassen das Schutzschaltgerät zu steuern, insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren zu unterstützen, insbesondere durchzuführen .
Auf einem computerlesbaren Speichermedium, wie einer CD-ROM, einem USB-Stick oder ähnlichen, kann das Computerprogrammprodukt gespeichert sein .
Ferner kann ein Datenträgersignal , das das Computerprogrammprodukt überträgt , existieren . Eine automatische Überprüfung der elektronischen Unterbrechungseinheit während des „normalen" Ein-Betriebes kann zyklisch erfolgen . ( Z . B . automatische Überprüfung ein Mal pro Stunde/ alle 45 / 30 / 15 Minuten o . ä . )
Werden im eingeschalteten Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit durch kurz zeitiges Ausschalten die halbleiterbasierten Schaltelemente überprüft , und in einem Moment geschaltet , indem ein Strom fließt , kann dies gemeinsam mit der vorhandenen Leitungsinduktivität dazu führen, dass eine Überspannung am elektronischen Schalter entsteht , die einen Test des vorhandenen Energy-Absorber/Überspannungsschut z TVS ermöglicht . Ein funktionierender Überspannungsschutz begrenzt die Spannung auf einen bestimmten Wertebereich der Spannung .
Der Zeitpunkt für das Schalten der halbleiterbasierten Schaltelemente ( für die Überprüfung) richtet sich nach der Polarität der aktuell anliegenden Netzspannung, sodass gezielt einzelne Schaltelemente überprüft werden können . Des Weiteren kann der Momentanwert der Spannung bei der Auswahl des Zeitpunktes berücksichtigt werden .
Zusammengefasst :
-Spannungsmessung über der elektronischen Unterbrechungseinheit bzw . Ermittlung des Spannungsabfalls über der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ( z . B . über einen einfachen Spannungsteiler ) ,
- Spannungsermittlung über der elektronischen Unterbrechungseinheit wird verwendet werden, um : einen durchlegierten oder durchgebrannten Zustand eines Leistungshalbleiters zu erkennen
- Möglichkeit des Öf fnens der mechanischen Trennkontakteinheit nach Feststellung eines Fehlers der elektronischen Unterbrechungseinheit .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1 . Schutzschaltgerät ( SG) zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis aufweisend :
- ein Gehäuse ( GEH) mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und einem lastseitigen Anschluss ,
- eine mechanische Trennkontakteinheit (MK) , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist , wobei die mechanische Trennkontakteinheit dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) dem netzseitigen Anschluss zugeordnet ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- einer Stromsensoreinheit ( S I ) , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises ,
- einer Steuerungseinheit ( SE ) , die mit der Stromsensoreinheit ( S I ) , der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) verbunden ist , wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenz- werten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,
- dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) zur Funktionsprüfung die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine erste Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird .
2 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass für einen Leiter die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist .
3 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass bei der Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) für die erste Zeitspanne in den hochohmigen Zustand die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird, dass bei Unterschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes eine erste Fehlerbedingung vorliegt , die ein weiteres hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
4 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die elektronische Unterbrechungseinheit dann in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird, wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen zweiten Spannungsschwellwert überschreitet , insbesondere wenn der Momentanwert der Spannung im Maximum ist .
5 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 2 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird, dass bei Überschreitung eines dritten Spannungsschwellwertes eine zweite Fehlerbedingung vorliegt , die ein weiteres hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
6 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Steuerungseinheit (SE) verbundene erste Spannungssensoreinheit (SUI) vorgesehen ist, die die Höhe einer ersten Spannung zwischen einem netzseitigen Verbindungspunkt (EUG) und einem lastseitigen Verbindungspunkt (EUL) der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) ermittelt.
7. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Steuerungseinheit (SE) verbundene zweite Spannungssensoreinheit (SU2) vorgesehen ist, die die Höhe einer zweiten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss (NG) und netzseitigen Phasenleiteranschluss (LG) ermittelt, dass eine mit der Steuerungseinheit verbundene dritte Spannungssensoreinheit (SU3) vorgesehen ist, die die Höhe einer dritten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss (NG) und lastseitigen Verbindungspunkt (EUL) der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) ermittelt, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass aus der Differenz zwischen zweiter und dritter Spannung die Höhe einer ersten Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt (EUG) und lastseitigen Verbindungspunkt (EUL) der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) ermittelt wird.
8. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsensoreinheit (SI) stromkreisseitig zwischen netzseitigen Phasenleiteranschluss und lastseitigen Phasenleiteranschluss vorgesehen ist.
9. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederspannungsstromkreis ein Dreiphasenwechselstromkreis ist und das Schutzschaltgerät mehrere netzseitige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse aufweist , zwischen denen j eweils ein Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit und elektronische Unterbrechungseinheiten vorgesehen sind, sowie , insbesondere erste , Spannungssensoreinheiten vorgesehen sind, mit denen die Höhe der Spannung über der j eweiligen elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist .
10 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät ( SG) derart ausgestaltet ist , dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) durch die Steuerungseinheit ( SE ) geöf fnet , aber nicht geschlossen werden können .
11 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch eine mechanische Handhabe bedienbar ist , um ein Öf fnen von Kontakten oder ein Schließen der Kontakte zu schalten .
12 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
- bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet , insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geschlossen bleibt ,
- bei einem ermittelten Strom, der einen zweiten Stromwert , insbesondere für eine zweite Zeitgrenze , überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöf fnet wird,
- bei einem ermittelten Strom, der einen dritten Stromwert überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöf fnet wird .
13 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die Steuerungseinheit ( SE ) einen Mikrocontroller aufweist .
14 . Verfahren für ein Schutzschaltgerät ( SG) zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit :
- einem Gehäuse ( GEH) mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und einem lastseitigen Anschluss ,
- einer mechanische Trennkontakteinheit (MK) , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist , wobei die mechanische Trennkontakteinheit (MK) dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) dem netzseitigen Anschluss zugeordnet ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die Höhe des Stromes im Niederspannungsstromkreis , insbesondere zwischen netzseitigen Phasenleiteranschluss und lastseitigen Phasenleiteranschluss , ermittelt wird,
- dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,
- dass zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine erste Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird .
15 . Verfahren nach Patentanspruch 14 , dadurch gekennzeichnet , dass bei der Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) für die erste Zeitspanne in den hochohmigen Zustand die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird, dass bei Unterschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes eine erste Fehlerbedingung vorliegt , die ein weiteres hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
16 . Verfahren nach Patentanspruch 14 oder 15 , dass die elektronische Unterbrechungseinheit dann in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird, wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen zweiten Spannungsschwellwert überschreitet , insbesondere wenn der Momentanwert der Spannung im Maximum ist .
17 . Verfahren nach Patentanspruch 14 , 15 oder 16 , dadurch gekennzeichnet , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird, dass bei Überschreitung eines dritten Spannungsschwellwertes eine zweite Fehlerbedingung vorliegt , die ein weiteres hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
18 . Computerprogrammprodukt umfassend Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch einen Mikrocontroller diesen veranlassen das Verfahren nach einem der Patentansprüche 14 bis 17 mit einem Schutzschaltgerät gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 13 zu unterstützen, insbesondere durchzuführen .
19. Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Patentanspruch 18 gespeichert ist.
20. Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt nach
Patentanspruch 18 überträgt.
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