WO2023052081A1 - Schutzschaltgerät - Google Patents

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WO2023052081A1
WO2023052081A1 PCT/EP2022/075083 EP2022075083W WO2023052081A1 WO 2023052081 A1 WO2023052081 A1 WO 2023052081A1 EP 2022075083 W EP2022075083 W EP 2022075083W WO 2023052081 A1 WO2023052081 A1 WO 2023052081A1
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WO
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unit
switching device
protective switching
voltage
contact
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Application number
PCT/EP2022/075083
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French (fr)
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Marvin TANNHÄUSER
Manfred Heindl
Jörg Hußmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01H83/20—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition
    • H01H83/22—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition the other condition being unbalance of two or more currents or voltages

Definitions

  • the invention relates to the technical field of a protective switching device for a low-voltage circuit with an electronic interruption 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 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 interrupting unit also often have a mechanical isolating contact system, in particular with isolating properties in accordance with relevant standards for low-voltage circuits, the contacts of the mechanical isolating contact system being connected in series with the electronic interrupting unit, i. H . the current of the low-voltage circuit to be protected is carried both via the mechanical isolating contact system as well as via the electronic interrupting unit.
  • the object of the present invention is to improve a protective switching device of the type mentioned at the outset, in particular to specify or to provide a new, simple and improved architecture for such a protective switching device. provide improved components for it.
  • a protective switching device for protecting an electrical low-voltage circuit, in particular a low-voltage alternating current circuit having:
  • the mechanical isolating contact unit can be switched by opening at least one contact (or contacts) to prevent a current flow or by closing at least one contact (or 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, with an avoidance when current and/or current time limit values are exceeded a current flow of the low-voltage circuit is initiated,
  • That the mechanical isolating contact unit has a position sensor for determining position information about the closed or open state of the contacts.
  • a protective switching device is proposed, the electronic interruption unit being assigned to the line-side connections, d. H . in the normal case is constantly supplied with energy / on which the voltage is applied , and the mechanical isolating contact unit is associated with the load - side terminals , d . H . interrupts the flow of current to only one load, with the protective switching device (in particular the control unit or the electronic interrupter unit) continuing to be supplied with energy.
  • a determination of the position or Position of at least one contact (or the contacts) performed, d. H . a determination of position information about the closed or opened state of the contacts is carried out.
  • the position information is preferably determined only for the protective switching device, i. H . (In particular only) processed within the protective switching device.
  • the position sensor is connected to the control unit, so that the control unit has position information about the closed or open state of the contacts.
  • the position information is in particular not available outside of the protective switching device.
  • the protective switching device is designed in such a way that the position information is used to carry out functional tests on the protective switching device. In particular, checking functions are carried out depending on the position information.
  • checking functions can be carried out depending on the switching status (open/closed).
  • checking functions of different lengths can be carried out. With open contacts, i . H . if a consumer is not yet supplied with energy, longer verification functions are carried out. When the contacts are closed, short checking functions can preferably be carried out in order not to supply the consumer with too much energy and to avoid malfunctions. In this way, advantageously, checking functions of the protective switching device itself as well as connected consumers can be carried out in order to achieve increased safety of the new type of protective switching device and of the low-voltage circuit.
  • the protective switching device is designed in such a way that the level of the voltage across the electronic interrupting unit is determined (in particular with the first voltage sensor unit) to check the function of the protective switching device when the contacts of the mechanical isolating contact unit are open and the electronic interrupting unit is switched to high resistance. If the voltage falls below a first threshold value, a first fault condition is present, so that the electronic interruption unit is prevented from becoming low-impedance and/or the contacts are prevented from closing.
  • the first voltage threshold is, for example, advantageously 5-15% of the nominal voltage of the low-voltage circuit, for example 10%.
  • the protective switching device is designed such that the electronic interrupting unit is switched to a low-impedance state for a first period of time to check the function of the protective switching device when the contacts of the mechanical isolating contact unit are open and the electronic interrupting unit is switched to high resistance.
  • the level of the voltage across the electronic interruption unit is determined here. If a second voltage threshold value is exceeded, a second fault condition is present, so that the electronic interruption unit is prevented from becoming further low-impedance and/or the contacts are prevented from closing.
  • the first period of time can be in the range from a few ps, for example 100 ps, to several seconds. In principle, it is only limited by manually switching on the mechanical isolating contact unit.
  • it can be in the range of 100 ps to 2 ms, for example 100 ps, 200 ps, ... 1 ms, 2 ms.
  • a voltage change can be detected with switching times in the range of 1 ms to 2 ms.
  • the period of time can also be longer, for example up to 1 second. It can then be checked whether there is a voltage of around 0 V (instantaneous or then also the effective value of the voltage) across the electronic interruption (for a "longer period of time"). Since the contacts of the mechanical isolating contact unit are open, the period of time is only limited by the time until the contacts are closed, i.e.
  • the position sensor can be used to determine how long the contacts are open and thus the first period of time be adjusted .
  • the second voltage threshold should be less than 1V. This has the particular advantage that the electronic interrupting unit can be checked with regard to its "can be switched on" or the switched-on state.
  • closing of the contacts of the mechanical isolating contact unit is avoided when an error condition is present. In particular, no release signal (enable) is sent to the mechanical isolating contact unit.
  • the protective switching device is designed such that the electronic interruption unit is switched to a low-ohmic state for a second period of time to check the function when the contacts of the mechanical isolating contact unit are closed and the electronic interruption unit is switched to high resistance. In this case (in the low-impedance state), the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit is determined. If a third voltage threshold value is exceeded, a third error condition is present, which prevents the electronic interruption unit from switching to low resistance and/or initiates opening of the contacts.
  • the third voltage threshold should be less than 1V.
  • the second period of time can be short.
  • the second period of time can be less than 2 ms or 1 ms, specifically for example 500 ps or 100 ps long.
  • the electronic interruption unit is then switched to a low-impedance state when the instantaneous value of the voltage between the network-side neutral conductor connection and the network-side phase conductor connection falls below a fourth voltage threshold value.
  • the fourth voltage threshold value can be a value of the (safety) extra-low voltage.
  • the fourth voltage threshold can be 50 V.
  • the protective switching device is designed in such a way that the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit is determined for functional testing when the contacts of the mechanical isolating contact unit are closed and the electronic interruption unit is switched to low resistance. If the fifth voltage threshold value is exceeded, a fourth fault condition is present, which initiates the electronic interruption unit becoming high-impedance and/or initiates the opening of the contacts.
  • the fifth voltage threshold should be less than 1V. This has the particular advantage that the electronic interruption unit is checked during operation and, in the event of a faulty electronic interruption unit, avoidance of a current flow in the low-voltage circuit is initiated, so that a safe state is present.
  • the protective switching device is designed in such a way that for functional testing with closed contacts of the mechanical isolating contact unit and low-impedance switched electronic interruption unit, the electronic interruption unit (EU) is switched to a high-impedance state for a third period of time.
  • the electronic interruption unit In the high-resistance state, the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit is determined. If the voltage falls below a sixth threshold value, a fifth error condition is present, which initiates the electronic interruption unit to become highly resistive and/or initiates the contacts to open.
  • the third period of time should preferably be very short.
  • the third period of time can be less than 2 ms or 1 ms, more specifically less than 500 ps or 100 ps.
  • the sixth voltage threshold can be dimensioned like the first voltage threshold.
  • the sixth voltage threshold can, for example, be 5-15% of the nominal voltage or better be the applied voltage of the low voltage circuit, for example 10%.
  • the sixth 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.
  • 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 seventh voltage threshold value, in particular when the instantaneous value of the voltage is at its maximum.
  • the seventh voltage threshold value can be greater than 160 V, 200 V, 240 V or 300 V, for example (any intermediate value is also possible).
  • the instantaneous maximum voltage is 325 volts (in a 230 volt network).
  • function checks mentioned above are examples; other function checks can also be used in which the information from the position sensor is advantageously evaluated or is used .
  • a power pack is provided, which is connected to the network-side connections or. is connectable.
  • the power pack is connected to the control unit to provide a power supply.
  • connection between the power pack and the mains-side connections has a fuse and/or a switch.
  • the grid-side connections include a grid-side neutral conductor connection and a grid-side phase conductor connection.
  • the load-side connections include a load-side neutral connection and a load-side phase connection.
  • the load-side neutral conductor connection and the load-side phase conductor connection are connected to the mechanical isolating contact unit.
  • the electronic interruption unit is connected to the line-side phase conductor connection.
  • the mechanical isolating contact unit has a handle for manually opening and closing the contacts.
  • the mechanical isolating contact unit is designed in such a way that the position information about the closed or open state of the contacts can deviate from the position of the handle.
  • trip-free release can be used, with the switching status of the contacts (open/closed) being able to be determined and monitored.
  • a trip-free trip is specifically characterized by the fact that it is not possible or impossible to close the contacts on an existing fault. a closing of the handle to an error open the contacts again (whereby the position of the handle differs from the position of the contacts). A blocked handle does not block the contacts, so the contacts can be opened at any time by the control unit.
  • the handle has an actuation sensor, which is connected to the control unit, for determining information about the actuation of the handle.
  • the verification functions can be adjusted or modified accordingly by determining the actuation information for the handle. can be terminated, since e.g. B. closing (or opening) of the contacts is to be expected . Furthermore, it can be advantageously determined in this way whether the position of the handle deviates from the position of the contacts. In particular, for example, such stuck contacts (contacts that do not open) can be detected, corresponding information can be determined and appropriate measures can be taken, e.g. B. become high-impedance of the electronic interrupting unit or ( /and) communication of condition, e.g. B. to another protective switching device or higher-level monitoring or management system .
  • the switching state (high-impedance, low-impedance) of the electronic interruption unit depends on the determined position of the contacts.
  • the closing of the contacts (detected by the position sensor), in particular after the closing of the contacts, initiates/starts the checking functions (by means of the control unit) and, if the check is error-free, the switching on of the electronic interruption unit.
  • the mechanical isolating contact unit is designed in such a way that the contacts can be opened by the control unit but cannot be closed.
  • the mechanical isolating contact unit is designed in such a way that the contacts can only be closed by the handle when a release signal is present.
  • the electronic interruption unit is a single-pole one Electronic interruption unit, which is provided in particular in the phase conductor current path.
  • a first voltage sensor unit is provided for determining the magnitude of the voltage across the terminals of the electronic interruption unit (EU) of a current path.
  • EU electronic interruption unit
  • a second voltage sensor unit is provided for determining the magnitude of the voltage at the grid-side connections, in particular between the grid-side neutral conductor connection and the grid-side phase conductor connection.
  • the architecture of the invention supports increased operational reliability of the protective switching device or. in the circuit.
  • a display unit connected to the control unit is provided. This has the particular advantage that status information of the protective switching device can be displayed.
  • a communication unit connected to the control unit is provided.
  • a temperature sensor unit is provided, in particular for determining the temperature of the electronic interruption unit.
  • the temperature sensor unit can be connected to the electronic interruption unit and/or control unit.
  • the current path/phase conductor path can be interrupted.
  • a differential current sensor connected to the control unit is provided.
  • the protective switching device also has residual current monitoring (residual current monitoring) and thus has additional functionality.
  • the current sensor unit is provided on the current path side between the line-side phase conductor connection and the load-side phase conductor connection.
  • the low-voltage circuit is a three-phase AC circuit and the protective switching device has additional line-side and load-side phase conductor connections between which a series connection of an electronic interruption unit and a contact of the mechanical isolating contact unit is provided.
  • Further units, such as current sensor units, first and/or second voltage sensor units can be provided in an analogous manner.
  • control unit has a microcontroller.
  • Figure 1 is a first schematic representation of a protective switching device
  • FIG. 2 shows a second basic 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:
  • - Mains connections that i . B. include a line-side neutral conductor connection NG and a line-side phase conductor connection LG, - load side connections i . B. include a load-side neutral conductor connection NL and a load-side phase conductor connection LL,
  • an energy source is usually connected to the grid-side connections / the grid-side GRID
  • a consumer is usually connected to the load-side connections / the load side LOAD;
  • 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 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 mechanical isolating contact unit MK is arranged on the load side, and the electronic interruption unit EU is arranged on the network side according to the invention.
  • the grid side GRID with the energy source is normally under electrical voltage.
  • An electrical consumer is usually connected to the load side LOAD.
  • the mechanical isolating contact unit MK has a position sensor for determining position information about the closed or open state of the at least one contact or of the contacts KKN, KKL of the mechanical isolating contact unit MK .
  • position information about the closed or open state of the at least one contact or of the contacts KKN, KKL of the mechanical isolating contact unit MK there is information about the switching state of the mechanical isolating contact unit MK for the control unit SE, so that there is information about whether a connected consumer may. is supplied with energy, since the novel protective switching device is advantageously supplied with energy almost constantly.
  • the protective switching device can be 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 Connection point EUG and load-side connection point EUL determined the electronic interruption unit EU.
  • 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 magnitude 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.
  • 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 in such a way 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 can display the switching status (open or closed) of the contacts of the mechanical isolating contact unit MK on the protective switching device.
  • the position of the handle can also deviate from the switching status of the contacts, for example if a so-called trip-free release is used or if the contacts are stuck.
  • the handle can advantageously have an actuation sensor, which is connected to the control unit, for determining actuation information about the handle.
  • actuation sensor which is connected to the control unit, for determining actuation information about the handle.
  • a deviation between the position of the handle and the switch position of the contacts can be determined.
  • Measures for this case can be implemented. For example, adhesive contacts that a pose a problem for the protection of the low-voltage circuit can be detected.
  • the electronic interruption unit can become highly resistive, a message can be displayed, a message can be issued, for example to another protective switching device and/or monitoring or management system .
  • 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. D. H . , The contacts KKL, KKN of the mechanical isolating contact unit MK can only be opened by the handle HH when the release or of the release signal (from the control unit) to be closed. Without the release or the release signal can be used to actuate the handle HH, but the contacts cannot be closed ("continuous slipping").
  • the protective switching device SG has a power supply or NT power supply, for example a switched-mode power supply.
  • the power supply/power pack NT is provided for the control unit SE, which is indicated by a connection between the power supply/power pack NT and the control unit SE in FIG.
  • the energy supply/power pack NT is (on the other hand) connected to the line-side neutral conductor connection NG and the line-side phase conductor connection LG.
  • a fuse SS, in particular a fuse, or a switch SCH (FIG. 2) can advantageously be provided in the connection to the network-side neutral conductor connection NG (and/or phase conductor connection LG).
  • the power pack NT is normally constantly supplied with energy. It is possible secured by the fuse SS or. can be switched off by the switch SCH. Alternatively, the measuring impedance ZM can be connected to the line-side neutral conductor connection NG via this connection with the fuse SS.
  • a three-pole electronics unit EPART (FIG. 2) can thus advantageously be implemented, for example as a module, which has three connection points for the low-voltage circuit, a neutral conductor connection point and two phase conductor connection points.
  • the electronics unit EPART 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, optionally the first voltage sensor unit SUI and/or 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 contacts of the mechanical isolating contact unit are provided between the other line-side and load-side phase conductor connections, as are current sensor units.
  • voltage determinations e.g. by first voltage sensor units
  • first voltage sensor units can be provided.
  • High resistance means a state in which only a negligible current flows.
  • a current of negligible magnitude is less than 2 mA, more specifically less than 0.5 mA.
  • 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 the protective switching device is built in two parts. It contains an electronic first part EPART, for example on a printed circuit board.
  • EPART electronic first part
  • 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. Furthermore, 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 AE.
  • the first part EPART has only three connections :
  • connection NG a connection for a connection to the network-side neutral conductor connection NG .
  • the communication unit COM can in particular be a wireless communication unit.
  • the protective switching device contains a particularly mechanical second part MPART.
  • the second part MPART can have the mechanical isolating contact unit MK with the position sensor (position unit) POS according to the invention, for reporting the position of the contacts of the mechanical isolating contacts unit MK to the control unit, the handle HH, a release unit FG.
  • the second part can have the (neutral conductor) connection(s).
  • a differential current sensor ZCT such as a summation current transformer, as is known, for example, from classic residual current circuit breakers, 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/release function FG 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.
  • D. H . the contacts KKL, KKN can only be closed by the handle if the enable signal (from the control unit SE) is present. Otherwise closing is not possible (permanent slide of the handle HH).
  • the contacts remain in the open position/switched state.
  • the release unit FG can cause the contacts to open (second function of the release unit FG) when an opening signal OEF (from the control unit SE) is present.
  • the release unit/release function FG then acts as a release unit for opening the contacts of the mechanical isolating contact unit MK.
  • phase conductor path d. H . a path for the phase conductor through the protective switching device SG (inside the housing).
  • the neutral conductor is only routed via the mechanical isolating contact unit MK, it is then a neutral conductor path, i. H . a path for the neutral conductor through the protective switching device SG (inside the housing).
  • a single-pole design of the protective switching device with only one mechanical contact, preferably in the phase conductor, can also be provided.
  • the protective switching device then has, for example: (only) a load-side (phase conductor) connection LL -a line-side phase conductor connection LG and a line-side neutral conductor connection NG.
  • the neutral conductor connection on the load side is not provided in this case.
  • the position information can advantageously be used to carry out functional checks on the protective switching device. In particular, various checking functions can be carried out depending on the position information.
  • Mains voltage e.g. 230 V AC
  • Mains voltage e.g. 230 V AC
  • the check in the OFF state of the electronic protective device should be considered.
  • control unit including the controller unit
  • the electrical potential between the electronic interruption unit and the mechanical isolating contact unit is defined by the measuring impedance ZM and the impedance of the electronic interruption unit in the switched-off state (voltage divider).
  • the control unit can now be activated at any time (and thus at a specific voltage distribution (depending on
  • Instantaneous value of the voltage, half-wave of the voltage turn on the semiconductor-based switching elements.
  • the switching elements of the electronic interruption unit EU can be tested with this, taking into account the polarity of the AC voltage or AC voltage.
  • the electronic interruption unit EU (or the electronic switch) is thus used for e.g. B. switched on for a very short time (in the millisecond range).
  • the measurement time is limited by the open contacts. Will these closed, this test is terminated. According to the invention, this state is determined by the position sensor POS.
  • the electronic interruption unit is functional, this can be determined by the (simultaneous) voltage measurement (e.g. first voltage sensor unit, second voltage sensor unit) and (subsequent) evaluation. For example, in the case of a defective semiconductor-based switching element, it can be determined whether it always remains switched on (fault pattern: "alloyed through”) or always off (fault pattern: "burned out”).
  • the protective switching device specifically the electronic interruption unit or the mechanical isolating contact unit, can be enabled to switch on.
  • the protective switching device is designed in such a way that when the contacts of the mechanical isolating contact unit MK are open and the electronic interruption unit EU is switched to high resistance, the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit, i.e. the first voltage Ul, is determined. If the voltage falls below a first threshold value, a first fault condition is present, so that the electronic interruption unit is prevented from becoming low-impedance and/or the contacts are prevented from closing.
  • a release signal enable is not emitted by the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK.
  • the protective switching device is advantageously designed in such a way that the contacts of the mechanical isolating contact unit MK is avoided. In particular, no release signal
  • Another function check can be that the contacts of the mechanical isolating contact unit are closed and the electronic interruption unit is low-impedance.
  • the closed contact status is in turn determined with the position sensor.
  • 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 a fifth voltage threshold value is exceeded, a fourth 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 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 third period of time and the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit is determined. If the voltage falls below a sixth threshold value, a fifth fault condition is present, which initiates the electronic interruption unit to become high-impedance and/or initiates the contacts to open.
  • an opening signal OEF is sent from the control unit SE to the mechanical isolating contacts unit MK in order to initiate opening of the contacts. Furthermore, the control unit SE can send a signal (not shown) to become high-impedance to the electronic interruption unit.
  • the mechanical contacts are preferably opened shortly before the current passes through zero, so that the mechanical switching contacts can more easily interrupt the flow of current.
  • 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 seventh voltage threshold value, in particular when the instantaneous value of the voltage is at its maximum.
  • Another function check can be that the contacts of the mechanical isolating contact unit are closed and the electronic interruption unit has a high resistance.
  • the closed contact status is in turn determined with the position sensor.
  • 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 high resistance, the electronic interruption unit EU is switched to a low resistance state for a second period of time, and then the level of the voltage across the electronic interruption unit is determined. If a third voltage threshold value is exceeded, a third fault condition is present, which prevents the electronic interruption unit from switching to low resistance and/or initiates an opening of the contacts.
  • an opening signal OEF is sent from the control unit SE to the mechanical isolating contacts unit MK in order to initiate opening of the contacts.
  • the mechanical contacts are preferably opened shortly before the current passes through zero, so that the mechanical switching contacts can more easily interrupt the flow of current.
  • the control unit SE can avoid or prevent a signal from becoming low-impedance for the electronic interruption unit. suppress .
  • the electronic interruption unit is then advantageously switched to a low-impedance state when the instantaneous value of the voltage between the neutral conductor connection on the network side and the phase conductor connection on the network side falls below a fourth voltage threshold value.
  • the point in time for switching on is advantageously selected when the voltage values are low (lower than the fourth voltage threshold value) in order to minimize the resulting measurement current through the consumer/the energy sink/the load.
  • the fourth voltage threshold value can be (maximum) 50 V alternating voltage, for example. D. H . when switching on, only harmless (safety) extra-low voltages are used.
  • Another function check can be that the mechanical isolating contact unit is closed and the electronic interruption unit has a high resistance.
  • the functionality of the switching elements can be tested in an analogous manner depending on the semiconductor-based switching elements.
  • the closed contact status is in turn determined with the position sensor. During an opening process, the respective function check is terminated.
  • the measuring impedance ZM should have a very high value (resistance or impedance value) in order to keep losses low. For example, with a resistor with a value of z. B. 1 MOhm . A value of 1 MOhm results in losses of about 50 mW in a 230 V low voltage circuit.
  • the measuring impedance should advantageously be greater than 100 KOhm, 500 KOhm, 1 MOhm, 2 MOhm, 3 MOhm, 4 MOhm, 5 MOhm or more.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis aufweisend: - ein Gehäuse mit netzseitigen Anschlüssen und lastseitigen Anschlüssen für den Niederspannungsstromkreis, - eine mechanische Trennkontakteinheit, die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, wobei die mechanische Trennkontakteinheit den lastseitigen Anschlüssen und die elektronische Unterbrechungseinheit den netzseitigen Anschlüssen 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, - 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 - dass die mechanische Trennkontakteinheit einen Positionssensor aufweist, zur Ermittlung einer Positionsinformation über den geschlossenen oder geöffneten Zustand der Kontakte.

Description

Beschreibung
Schutz schalt gerät
Die Erfindung betri f ft das technische Gebiet eines Schutz- schaltgerätes 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 .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , ein Schutzschaltgerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere eine neue , einfache und verbesserte Architektur für ein derartiges Schutzschaltgerät anzugeben bzw . verbesserte Komponenten dafür bereitzustellen .
Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst .
Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises , insbesondere Niederspannungswechselstromkreises , vorgeschlagen, aufweisend :
- ein Gehäuse mit netzseitigen Anschlüssen und lastseitigen Anschlüssen für den Niederspannungsstromkreis ,
- eine mechanische Trennkontakteinheit , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist , wobei die mechanische Trennkontakteinheit den lastseitigen Anschlüssen und die elektronische Unterbrechungseinheit den netzseitigen Anschlüssen zugeordnet ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öf fnen mindestens eines Kontaktes (bzw . von Kontakten) zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen mindestens eines Kontaktes (bzw . 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,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit einen Positionssensor aufweist , zur Ermittlung einer Positionsinformation über den geschlossenen oder geöf fneten Zustand der Kontakte .
Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät vorgeschlagen, wobei die elektronische Unterbrechungseinheit den netzseitigen Anschlüssen zugeordnet ist , d . h . im Normal fall ständig mit Energie versorgt wird / an der Spannung liegt , und die mechanische Trennkontakteinheit den lastseitigen Anschlüssen zugeordnet ist , d . h . nur zu einer Last den Stromfluss unterbricht wobei das Schutzschaltgerät ( insbesondere die Steuerungseinheit bzw . die elektronische Unterbrechungseinheit ) weiter mit Energie versorgt wird .
Hierbei wird erfindungsgemäß eine Ermittlung der Position bzw . Stellung des mindestens einen Kontaktes (bzw . der Kontakte ) durchgeführt , d . h . eine Ermittlung einer Positionsinformation über den geschlossenen oder geöf fneten Zustand der Kontakte durchgeführt .
Die Positionsinformation wird bevorzugt nur für das Schutzschaltgerät ermittelt , d . h . ( insbesondere nur ) innerhalb des Schutzschaltgerätes verarbeitet . Hierzu ist der Positionssensor mit der Steuerungseinheit verbunden, so dass die Steuerungseinheit eine Positionsinformation über den geschlossenen oder geöf fneten Zustand der Kontakte hat .
In einer Ausgestaltung steht die Positionsinformation insbesondere nicht außerhalb des Schutzschaltgerätes zur Verfügung .
Dies hat den Vorteil , dass eine Information über den Schaltstellung der Kontakte in einem neuartigen Schutzschaltgerät vorliegt , die für weitere Funktionen, insbesondere eine Funktionsüberprüfung des Schutzschaltgerätes , verwendet werden kann . Das neuartige Konzept für ein Schutzschaltgerät sieht vor, dass es sofort einsatz fähig ist und auch nach einer Abschaltung einer Last Kommunikations- und weitere Funktionen übernehmen kann . 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 die Positionsinformation für die Durchführung von Funktionsüberprüfungen des Schutzschaltgerät verwendet wird . Insbesondere werden abhängig von der Positionsinformation Überprüfungs funktionen durchgeführt .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass abhängig vom Schaltzustand ( of f en/geschlossen) verschiedene Überprüfungs funktionen durchgeführt werden können . Insbesondere verschieden lange Überprüfungs funktionen durchgeführt werden können . So können bei geöf fneten Kontakten, d . h . wenn ein Verbraucher noch nicht mit Energie versorgt wird, längere Überprüfungs funktionen durchgeführt werden . Bei geschlossenen Kontakten können bevorzugt kurze Überprüfungs funktionen durchgeführt werden, um den Verbraucher nicht mit zuviel Energie zu versorgen und Fehl funktionen zu vermeiden . So können vorteilhaft Überprüfungs funktionen des Schutzschaltgerätes selbst , als auch angeschlossener Verbraucher durchgeführt werden, um eine erhöhte Sicherheit des neuartigen Schutzschaltgerätes als auch des Niederspannungsstromkreises zu erzielen .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass zur Funktionsüberprüfung des Schutzschaltgerätes bei geöf fneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird ( insbesondere mit der ersten Spannungssensoreinheit ) . Bei Unterschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes liegt eine erste Fehlerbedingung vor, so dass ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und Schließen der Kontakte vermieden wird .
Diese dient der Überprüfung der elektronischen Unterbrechungseinheit hinsichtlich ihrer „Ausschaltbarkeit" , d . h . dem Hochohmig werden der halbleiterbasierten Schaltelemente . Der erste Spannungsschwellwert beträgt zum Beispiel vorteilhafter Weise 5- 15 % der Nennspannung des Niederspannungsstromkreises , beispielsweise 10 % .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine einfache Überprüfung hinsichtlich des Ausschalterverhaltens bzw . des ausgeschalteten Zustandes der elektronischen Unterbrechungseinheit gegeben ist
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass zur Funktionsüberprüfung des Schutzschaltgerätes bei geöf fneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die elektronische Unterbrechungseinheit für eine erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird . Hierbei wird die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt . Bei Überschreiten eines zweiten Spannungsschwellwertes liegt eine zweite Fehlerbedingung vor, so dass ein weiteres niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und Schließen der Kontakte vermieden wird . Die erste Zeitspanne kann im Bereich von einigen ps , beispielsweise 100 ps , bis in den Sekundenbereich lang sein . Sie ist prinzipiell nur durch das manuelle Einschalten der mechanischen Trennkontakteinheit begrenzt . Sie kann zum Beispiel im Bereich 100 ps bis 2 ms , beispielsweise 100 ps , 200 ps , ... 1 ms , 2 ms . Bei Schaltzeiten im Bereich 1ms bis 2 ms kann eine Spannungsänderung detektiert werden . Die Zeitspanne kann auch größer sein, beispielsweise bis zu 1 Sekunde . Dann kann überprüft werden, ob etwa 0 V Spannung (Momentan- bzw . dann auch Ef fektivwert der Spannung) über der elektronischen Unterbrechung ( für eine „längere Zeitspanne" ) anliegen . Da die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit geöf fnet sind, ist die Zeitspanne nur durch die Zeit begrenzt , bis die Kontakte geschlossen werden . D . h . auch längere bzw . lange Testzeiten bis weit über eine Sekunde hinaus sind möglich . Vorteilhaft kann durch den Positionssensor ermittelt werden, wie lange die Kontakte geöf fnet sind und so die erste Zeitspanne angepasst werden . Der zweite Spannungsschwellwert sollte kleiner als 1 V sein . Dies hat den besonderen Vorteil , dass die elektronische Unterbrechungseinheit hinsichtlich ihrer „Einschaltbarkeit" bzw . des eingeschalteten Zustandes überprüft werden kann .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei Vorliegen einer Fehlerbedingung ein Schließen der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit vermieden . Insbesondere wird kein Freigabesignal ( enable ) an die mechanische Trennkontakteinheit abgegeben .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass nur ein funktions fähiges Schutzschaltgerät mit einer funktions fähigen elektronischen Unterbrechungseinheit einschaltbar ist . Somit wird die Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erhöht . Somit ist sichergestellt , dass die Einschaltbarkeit und die Ausschaltbarkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit funktioniert .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass zur Funktionsüberprüfung bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die elektronische Unterbrechungseinheit für eine zweite Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird . Hierbei (beim niederohmigen Zustand) wird die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt . Bei Überschreitung eines dritten Spannungsschwellwertes liegt eine dritte Fehlerbedingung vor, die ein niederohmig schalten der elektronischen Unterbrechungseinheit vermeidet oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
Der dritte Spannungsschwellwert sollte kleiner als 1 V sein . Die zweite Zeitspanne kann kurz sein . Beispielsweise kann die zweite Zeitspanne kleiner als 2ms oder 1 ms sein, speziell zum Beispiel 500 ps oder 100 ps lang sein .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass auch in diesem Betriebs zustand eine Überprüfung der Einschaltbarkeit elektronischen Unterbrechungseinheit ermöglicht wird . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektronische Unterbrechungseinheit dann in einen niederohmigen Zustand geschaltet , wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen vierten Spannungsschwellwert unterschreitet .
Der vierte Spannungsschwellwert kann ein Wert der ( Schutz- ) Kleinspannung sein . Beispielsweise kann der vierte Spannungsschwellwert 50 V betragen .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Überprüfung der elektronischen Unterbrechungseinheit hinsichtlich ihrer Einschaltbarkeit mit einer Spannung bzw . zu Zeitpunkten der Spannungshöhe erfolgt , die ungefährlich ist . Somit wird eine hohe Betriebssicherheit bei gleichzeitiger Überprüfung des Schutzschaltgerätes erreicht .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass zur Funktionsüberprüfung bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird . Bei Überschreitung des fünften Spannungsschwellwertes liegt eine vierte Fehlerbedingung vor, die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
Der fünfte Spannungsschwellwert sollte kleiner als 1 V sein . 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 .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass zur Funktionsüberprüfung bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine dritte Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird . Im hochohmigen Zustand wird die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt . Bei Unterschreitung eines sechsten Spannungsschwellwertes liegt eine fünfte Fehlerbedingung vor, die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert . Die die dritte Zeitspanne sollte bevorzugt sehr kurz sein . Beispielsweise kann die dritte Zeitspanne kleiner als 2ms oder 1 ms , spezieller kleiner als 500 ps oder 100 ps lang sein .
Dadurch werden vorteilhaft die Lasten bzw . Verbraucher nicht so lange vom Netz getrennt .
Der sechste Spannungsschwellwert kann wie der erste Spannungsschwellwert bemessen sein . Der sechste Spannungsschwellwert kann zum Beispiel Weise 5- 15 % der Nennspannung bzw . besser der angelegten Spannung des Niederspannungsstromkreises , beispielsweise 10 % , betragen .
Der sechste 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 bzw . des ausgeschalteten Zustandes 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 siebenten 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 , sodass die Auswirkungen gering sind . Ferner, dass die elektronische Unterbrechungseinheit unter maximaler Spannung geprüft wird, so dass eine Fehl funktion frühzeitig erkannt werden kann .
Der siebente Spannungsschwellwerte 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 ) .
Die oben genannten Funktionsüberprüfungen sind Beispiele , es können auch andere Funktionsüberprüfungen verwendet werden, bei denen vorteilhaft die Information des Positionssensor ausgewertet bzw . verwendet wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Netzteil vorgesehen, das mit den netzseitigen Anschlüssen verbunden ist bzw . verbindbar ist . Das Netzteil ist mit der Steuerungseinheit verbunden, um eine Energieversorgung zur Verfügung zu stellen . Dies hat den besonderen Vorteil , dass das Schutzschaltgerät im Normal fall ständig mit Energie versorgt wird, sodass ein im Normal fall ständiger Betrieb ermöglicht wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Verbindung zwischen Netzteil und den netzseitigen Anschlüssen eine Sicherung oder/und einen Schalter auf .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass das Netzteil bzw . die Steuerungseinheit abgeschaltet werden kann, z . B . für I solationsmessungen . Ferner kann das Netzteil bzw . die Steuerungseinheit abgesichert werden, um eine erhöhte Sicherheit des Schutzschaltgerätes gegen weitere Fehler zu erreichen .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die netzseitigen Anschlüsse einen netzseitigen Neutralleiteranschluss und einen netzseitigen Phasenleiteranschluss . Die lastseitigen Anschlüsse umfassen einen lastseitigen Neutralleiteranschluss und einen lastseitigen Phasenleiteranschluss umfassen .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine zweipolige Realisierung gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der lastseitige Neutralleiteranschluss und der lastseitigen Phasenleiteranschluss mit der mechanischen Trennkontakteinheit verbunden . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektronische Unterbrechungseinheit mit dem netzseitigen Phasenleiteranschluss verbunden .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein mechanisch zweipolig unterbrechendes und elektronisch einpolig unterbrechendes Schutzschaltgerät gegeben ist , wobei die elektronische Unterbrechungseinheit vorteilhaft im Strompfad des Phasenleiters bzw . Phasenleiter ( ström) pf ad angeordnet ist . Dies reduziert den Aufwand und schaf ft ein sicher unterbrechendes , auf der technologischen Höhe der Zeit stehendes und dennoch eine einfache Architektur aufweisendes Schutzschaltgerät . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die mechanische Trennkontakteinheit eine Handhabe zum manuellen Öf fnen und Schließen der Kontakte auf .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Schutzschaltgerät gemäß klassischen Leitungsschutzschaltern gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit derart ausgestaltet , dass die Positionsinformation über den geschlossenen oder geöf fneten Zustand der Kontakte von der Stellung der Handhabe abweichen kann .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass beispielsweise eine so genannte Freiauslösung verwendet werden kann, wobei der Schalt zustand der Kontakte ( of f en/geschlossen) ermittelt und überwacht werden kann . Eine Freiauslösung ist speziell dadurch gekennzeichnet , dass ein Schließen der Kontakte auf einen bereits vorhandenen Fehler nicht möglich bzw . einem Schließen der Handhabe auf einen Fehler die Kontakte wieder öf fnen (wodurch die Stellung der Handhabe von der Stellung der Kontakte abweicht ) . Eine blockierte Handhabe blockiert nicht die Kontakte , sodass die Kontakte zu j eder Zeit von der Steuerungseinheit geöf fnet werden können .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Handhabe einen Betätigungssensor auf , der mit der Steuerungseinheit verbunden ist , zur Ermittlung einer Betätigungsinformation der Handhabe .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass durch die Ermittlung der Betätigungsinformation der Handhabe die Überprüfungs funktionen entsprechend angepasst bzw . beendet werden können, da z . B . mit einem Schließen der Kontakte (bzw . Öf fnen) zu rechnen ist . Ferner kann so vorteilhaft ermittelt werden, ob die Position der Handhabe von der Position der Kontakte abweicht . Insbesondere können beispielsweise so verklebte Kontakte (nicht öf fnende Kontakte ) erkannt werden, eine entsprechende Information ermittelt werden und entsprechende Maßnahmen durchgeführt werden, z . B . hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit oder ( /und) Kommunikation des Zustandes , z . B . an ein anderes Schutzschaltgerät oder übergeordnetes Überwachungs- bzw . Managementsystem .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung richtet sich der Schalt zustand (hochohmig, niederohmig) der elektronischen Unterbrechungseinheit nach der ermittelten Position der Kontakte .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung initi- iert/ startet das Schließen der Kontakte ( erfasst durch den Positionssensor ) , insbesondere nach dem Schließen der Kontakte , die Überprüfungs funktionen (mittels der Steuerungseinheit ) und bei fehlerfreier Prüfung das Einschalten der elektronischen Unterbrechungseinheit .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass durch dieses neuartige (Bedien- ) Konzept ist kein weiterer Schalter für die elektronischen Unterbrechungseinheit am Schutzschaltgerät erforderlich .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit derart ausgestaltet , dass die Kontakte von der 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 derart ausgestaltet , dass nur bei Anliegen eines Freigabesignals ein Schließen der Kontakte durch die Handhabe möglich ist .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine erhöhte Betriebssicherheit im Stromkreis bzw . des Schutzschaltgerätes erreicht wird, da nur ein funktions fähiges Schutzschaltgerät ein (manuelles ) Schließen des Kontaktes ermöglicht .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektronische Unterbrechungseinheit eine einpolige elektronische Unterbrechungseinheit , die insbesondere im Phasenleiterstrompfad vorgesehen ist .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass durch die Einpoligkeit der Aufwand reduziert wird und gleichzeitig, bei Anordnung im Phasenleiterstrompfad, sowohl eine Überwachung für Überströme , Kurzschlussströme als auch für Erdfehlerströme im Niederspannungsstromkreis ermöglicht wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine erste Spannungssensoreinheit vorgesehen, zur Ermittlung der Höhe der Spannung über den Anschlüssen der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) eines Strompfades .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass mit der Ermittlung der Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit die Ermittlung der Funktions fähigkeit , insbesondere Schaltf ähigkeit , der elektronischen Unterbrechungseinheit vorteilhaft einfach unterstützt werden kann . Es wird somit eine erhöhte Betriebssicherheit eines Schutzschaltgerätes , da eine fehlerhafte elektronische Unterbrechungseinheit einfach ermittelt und gegebenenfalls das Schutzschaltgerät unterbrechen kann, erzielt .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite Spannungssensoreinheit vorgesehen, zur Ermittlung der Höhe der Spannung an den netzseitigen Anschlüssen, insbesondere zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass die Spannung des netzseitigen Anschlusses überwacht werden kann und gegebenenfalls bei Über- oder Unterspannungen der Stromkreis getrennt werden kann . Somit unterstützt die erfindungsgemäße Architektur eine erhöhte Betriebssicherheit des Schutzschaltgerätes bzw . im Stromkreis .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene Anzeigeeinheit vorgese hen . Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine an Anzeige von Statusinformationen des Schutzschaltgerätes ermöglicht wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene Kommunikationseinheit vorgesehen .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Kommunikation von Statusinformationen zu anderen Schutzschaltgeräten oder einem übergeordneten Managementsystem ermöglicht wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Temperatursensoreinheit vorgesehen, insbesondere zur Ermittlung der Temperatur der elektronischen Unterbrechungseinheit . Die Temperatursensoreinheit kann mit der elektronischen Unterbrechungseinheit oder/und Steuerungseinheit verbunden sein .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein weiterer Schutz gegen Überhitzung und in der Folge durchbrennen der halbleiterbasierten Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit gegeben ist . Ferner kann eine erhöhte Stromtragfähigkeit erzielt werden .
Bei Überschreitung mindestens eines Temperaturgrenzwertes kann eine Unterbrechung des Strompf ades/Phasenleiterpfades erfolgen .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit der Steuerungseinheit verbundener Di f ferenzstromsensor vorgesehen .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass das Schutzschaltgerät auch eine Fehlerstromüberwachung ( Di f ferenzstromüberwachung) aufweist und somit eine weitere Funktionalität hat .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stromsensoreinheit strompfadseitig zwischen netzseitigen Phasenleiteranschluss und lastseitigen Phasenleiteranschluss vorgesehen ist .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass durch die Anordnung im Phasenleiterstrompfad sowohl eine Überwachung für Überströme , Kurzschlussströme als auch für Erdfehlerströme im Niederspannungsstromkreis ermöglicht wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Niederspannungsstromkreis ein Dreiphasenwechselstromkreis und das Schutzschaltgerät weitere netzseitige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse aufweist , zwischen denen j eweils eine Serienschaltung einer elektronischen Unterbrechungseinheit und eines Kontaktes der mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehen ist . Weitere Einheiten, wie Stromsensoreinheiten, erste oder/und zweite Spannungssensoreinheiten können in analoger Weise vorgesehen sein .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Lösung für Dreiphasenwechselstromkreise gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird : 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 und die mechanische Trennkontakteinheit geschlossen bleibt ,
- bei einem ermittelten Strom, der einen zweiten Stromwert für eine zweite Zeitgrenze überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit geöf fnet wird,
- bei einem ermittelten Strom, der einen dritten Stromwert überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit geöf fnet wird .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein abgestuftes Abschaltkonzept für das erfindungsgemäße Schutzschaltgerät gegeben ist .
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 .
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 , als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes , insbesondere eine neue Architektur und Verbesserung der Sicherheit eines Schutzschaltgerätes 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 Prinzipdarstellung eines Schutzschaltgerätes ,
Figur 2 eine zweite Prinzipdarstellung eines Schutzschaltgerätes .
Figur 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises , insbesondere Niederspannungswechselstromkreis , mit einem Gehäuse GEH, aufweisend :
- netzseitige Anschlüsse , die i . B . einen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und einen netzseitigen Phasenleiteranschluss LG umfassen, - lastseitige Anschlüsse , die i . B . einen lastseitigen Neutralleiteranschluss NL und einen lastseitigen Phasenleiteranschluss LL umfassen,
- die Anschlüsse sind für den Niederspannungsstromkreis vorgesehen;
- an den netzseitige Anschlüssen / der Netzseite GRID ist üblicherweise eine Energiequelle angeschlossen,
- an den lastseitige Anschlüssen / 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 EU durch (nicht dargestellte ) halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist bzw . schaltbar ist , - eine Stromsensoreinheit S I , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises , die insbesondere im Strompfad des Phasenleiter bzw . Phasenleiterstrompfad 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 .
Die die mechanische Trennkontakte Einheit MK ist erfindungsgemäß lastseitige angeordnet , die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist erfindungsgemäß netzseitig angeordnet . Die Netzseite GRID mit der Energiequelle steht im Normal fall unter elektrischer Spannung . An der Lastseite LOAD ist üblicherweise ein elektrischer Verbraucher angeschlossen .
Die mechanische Trennkontakteinheit MK weist einen Positionssensor auf , zur Ermittlung einer Positionsinformation über den geschlossenen oder geöf fneten Zustand des mindestens einen Kontaktes bzw . der Kontakte KKN, KKL der mechanischen Trennkontakteinheit MK . So liegt insbesondere für die Steuerungseinheit SE eine Information über den Schalt zustand der mechanische Trennkontakteinheit MK vor, so dass eine Information darüber vorliegt , ob ein angeschlossener Verbraucher ggfs . mit Energie versorgt wird, da das neuartige Schutzschaltgerät vorteilhaft quasi ständig mit Energie versorgt wird .
Das Schutzschaltgerät kann 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 Steuerungs einheit SE verbundene erste Spannungssensoreinheit SUI vorge sehen, 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 geöf fnet , 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 ) Öf fnen oder ein Schließen der Kontakte KKL, KKN zu schalten . Die mechanische Handhabe HH kann den Schalt zustand ( Of fen oder Geschlossen) der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK am Schutzschaltgerät anzeigen . Die Stellung der Handhabe kann aber auch vom Schalt zustand der Kontakte abweichen, beispielsweise wenn eine so genannte Freiauslösung zum Einsatz kommt oder wenn die Kontakte verklebt sind .
Beispielsweise in diesem Fall kann vorteilhaft die Handhabe einen Betätigungssensor aufweisen, der mit der Steuerungseinheit verbunden ist , zur Ermittlung einer Betätigungsinformation der Handhabe . So kann eine Abweichung zwischen der Stellung der Handhabe und der Schaltstellung der Kontakte ermittelt werden . Maßnahmen für diesen Fall können implementiert sein . So können beispielsweise klebende Kontakte , die ein Problem für den Schutz des Niederspannungsstromkreises darstellen, erkannt werden . Als Maßnahmen kann die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig werden, eine Meldung angezeigt werden, eine Meldung abgeben werden, beispielsweise zu einem anderen Schutzschaltgerät oder/und Überwachungs- bzw . Managementsystem .
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 bzw . Netzteil NT , beispielsweise ein Schaltnetzteil , auf . Insbesondere ist die Energieversorgung / Netzteil NT für die Steuerungseinheit SE vorgesehen, was durch eine Verbindung zwischen Energieversorgung / Netzteil NT und Steuerungseinheit SE in Figur 1 angedeutet ist . Die Energieversorgung / Netzteil NT ist ( andererseits ) mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG verbunden . In die Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG ( oder/und Phasenleiteranschluss LG) kann vorteilhaft eine Sicherung SS , insbesondere Schmel zsicherung, oder ein Schalter SCH ( Figur 2 ) vorgesehen sein .
Das Netzteil NT ist erfindungsgemäß im Normal fall ständig mit Energie versorgt . Es ist ggfs . durch die Sicherung SS abgesichert bzw . kann durch den Schalter SCH abgeschaltet werden . Alternativ kann die Messimpedanz ZM über diese Verbindung mit der Sicherung SS mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG verbunden sein .
Damit kann vorteilhaft eine dreipolige Elektronikeinheit EPART ( Figur 2 ) realisiert werden, beispielsweise als Modul , die drei Anschlusspunkte für den Niederspannungsstromkreis aufweist , einen Neutralleiteranschlusspunkt und zwei Phasenleiteranschlusspunkte . Die Elektronikeinheit EPART weist beispielsweise die elektronische Unterbrechungseinheit EU, die Steuerungseinheit SE , die Energieversorgung NT ( insbesondere inklusive Sicherung SS ) , die Stromsensoreinheit S I , optional die erste Spannungssensoreinheit SUI oder/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 Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehen, ebenso Stromsensoreinheiten . Ferner können Spannungsermittlungen ( z . B . durch erste Spannungssensoreinheiten) vorgesehen sein .
Mit hochohmig ist ein Zustand gemeint , bei dem nur noch ein Strom vernachlässigbarer Größe fließt . Insbesondere ist ein Strom vernachlässigbarer Größe kleiner als 2 mA, spezieller kleiner als 0 , 5 mA. 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 Darstellung gemäß Figur 1 , mit dem Unterschied, dass das Schutzschaltgerät zweiteilig auf gebaut 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 AE 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 .
Die Kommunikationseinheit COM kann insbesondere eine drahtlose Kommunikationseinheit sein .
Das Schutzschaltgerät enthält einen, insbesondere mechanischen, zweiten Teil MPART . Der zweite Teil MPART kann die mechanische Trennkontakteinheit MK mit erfindungsgemäßen Positionssensor ( Positionseinheit ) POS , zur Meldung der Position der Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit MK an die Steuerungseinheit , die Handhabe HH, eine Freigabeeinheit FG aufweisen . Ferner kann der zweite Teil die (Neutralleiter- ) Verbindung ( en) aufweisen .
Weiterhin kann ein Di f ferenzstromsensor ZCT , wie ein Summenstromwandler, wie er beispielsweise aus klassischen Fehlerstromschutzschalter bekannt ist , vorgesehen sein .
Es können weitere , nicht näher bezeichnete , Einheiten vorgesehen sein . Durch die Zweiteilung lässt sich vorteilhaft ein erfindungsgemäßes kompaktes Schutzschaltgerät realisieren .
Die Freigabeeinheit/ Freigabefunktion FG bewirkt eine Freigabe der Betätigung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe HH, wenn ein Freigabesignal enable vorliegt . D . h . ein Schließen der Kontakte KKL, KKN durch die Handhabe ist erst bei Vorliegen des Freigabesignals enable (von der Steuerungseinheit SE ) möglich . Andernfalls ist ein Schließen nicht möglich ( Dauerrutsche der Handhabe HH) . Die Kontakte bleiben in der geöf fneten Stellung / Schalt zustand . Ferner kann die Freigabeeinheit FG ein Öf fnen der Kontakte bewirken ( zweite Funktion der Freigabeeinheit FG) , wenn ein Öf fnungssignal OEF (von der Steuerungseinheit SE ) vorliegt . Die Freigabeeinheit/ Freigabefunktion FG agiert dann als Auslöseeinheit zum Öf fnen der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK .
Der Strompfad über die in Serie geschaltete mechanische Trennkontakteinheit MK und die einpolige elektronische Unterbrechungseinheit EU bildet , bei Anordnung im Phasenleiter gemäß Figur 1 , einen Phasenleiterpfad, d . h . einen Pfad für den Phasenleiter durch das Schutzschaltgerät SG ( im inneren des Gehäuses ) . Der Neutralleiter wird nur über die mechanische Trennkontakteinheit MK geführt , er ist dann ein Neutralleiterpfad, d . h . ein Pfad für den Neutralleiter durch das Schutzschaltgerät SG ( im inneren des Gehäuses ) .
Es kann auch eine einpolige Aus führung des Schutzschaltgerätes mit nur einem mechanischen Kontakt , bevorzug im Phasenleiter, vorgesehen sein . Das Schutzschaltgerät weist dann beispielsweise : - (nur ) einen lastseitigen ( Phasenleiter- ) Anschluss LL auf -einen netzseitigen Phasenleiteranschluss LG und einen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG auf .
Der lastseitige Neutralleiteranschluss ist in diesem Fall nicht vorgesehen . Die Positionsinformation kann vorteilhaft für die Durchführung von Funktionsüberprüfungen des Schutzschaltgerät verwendet werden . Insbesondere können abhängig von der Positionsinformation verschiedene Überprüfungs funktionen durchgeführt werden .
Beispielhaft wird im Folgenden 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 bzw . Last an der Lastseite LOAD des Schutzschaltgerätes angeschlossen .
Im ersten Schritt soll die Überprüfung im AUS-Zustand des elektronischen Schutzgerätes betrachtet werden .
Dazu ist :
- die mechanische Trennkontakteinheit geöf fnet (Kontakte offen) - Ermittlung über den Positionssensor
- die elektronische Unterbrechungseinheit ausgeschaltet (halbleiterbasierte Schaltelemente hochohmig)
- die Steuerungseinheit ( inkl . Controller-Einheit ) ist aktiv .
Das elektrische Potential zwischen der elektronischen Unterbrechungseinheit und der mechanischen Trennkontakteinheit ist durch die Meßimpedanz ZM und der Impedanz der elektronischen Unterbrechungseinheit im ausgeschalteten Zustand definiert ( Spannungsteiler ) .
Die Steuerungseinheit kann nun zu einem beliebigen Zeitpunkt (und somit zu einer bestimmten Spannungsaufteilung ( j e nach
Momentanwert der Spannung, Halbwelle der Spannung) die halbleiterbasierten Schaltelemente einschalten . Unter Berücksichtigung der Polarität der Wechselspannung respektive AC- Spannung können hiermit die Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit EU getestet werden .
Die elektronische Unterbrechungseinheit EU ( respektive der elektronische Schalter ) wird somit für z . B . eine sehr kurze Zeit ( im Millisekunden-Bereich) eingeschaltet . Die Mess zeit ist durch die geöf fneten Kontakte begrenzt . Werden diese geschlossen, wird diese Prüfung beendet. Die Ermittlung dieses Zustandes erfolgt erfindungsgemäß durch den Positionssensor POS.
Ist die elektronische Unterbrechungseinheit funktionsfähig, kann dies durch die (gleichzeitige) Spannungsmessung (z.B. erste Spannungssensoreinheit, zweite Spannungssensoreinheit) und (anschließende) Auswertung festgestellt werden. Z.B. kann bei einem defekten halbleiterbasierten Schaltelement festgestellt werden, ob er stets eingeschaltet bleibt (Fehlerbild: „durchlegiert") oder stets ausgeschaltet bleibt (Fehlerbild: „durchgebrannt") .
Somit sind zwei typische und häufige Fehlerbilder abgedeckt. Ist die Überprüfung fehlerfrei, kann eine Freigabe zum Einschalten des Schutzschaltgerätes, speziell der elektronischen Unterbrechungseinheit bzw. der mechanischen Trennkontakteinheit, erfolgen.
Ist die Überprüfung nicht fehlerfrei, wird keine Freigabe zum Einschalten des Schutzschaltgerätes erfolgen, sodass der Abgang nicht eingeschaltet werden kann und somit ein gefährlicher Zustand verhindert wird.
Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit EU die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit, d.h. die erste Spannung Ul, ermittelt wird. Bei Unterschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes liegt eine erste Fehlerbedingung vor, so dass ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und Schließen der Kontakte vermieden wird. Bezüglich der mechanischen Trennkontakteinheit MK wird beispielsweise ein Freigabesignal enable von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakteinheit MK nicht abgegeben.
Das Schutzschaltgerät ist vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass bei Vorliegen einer Fehlerbedingung ein Schließen der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK vermieden wird . Insbesondere wird kein Freigabesignal
( enable ) an die mechanische Trennkontakteinheit MK abgegeben .
Eine andere Funktionsüberprüfung kann darin liegen, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit geschlossen sind und die elektronische Unterbrechungseinheit niederohmig ist . Der geschlossene Kontakt zustand wird wiederum mit dem Positionssensor ermittelt .
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 eines fünften Spannungsschwellwertes liegt eine vierte 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 eine dritte Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird und die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird . Bei Unterschrei- tung eines sechsten Spannungsschwellwertes liegt eine fünfte Fehlerbedingung vor, die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen der Kontakte initiiert .
Liegt die fünfte oder sechste Fehlerbedingung vor, wird ein Öf fnungssignal OEF von der Steuerungseinheit SE an die mechanische Trennkontakte Einheit MK gesendet , um ein Öf fnen der Kontakte zu initiieren . Ferner kann die Steuerungseinheit SE ein (nicht eingezeichnetes ) Signal zum hochohmig werden an die elektronische Unterbrechungseinheit senden . Das Öf fnen der mechanischen Kontakte wird bevorzugt kurz vor dem Stromnulldurchgang durchgeführt , sodass die mechanischen Schaltkontakte den Stromfluss leichter unterbrechen können . Die elektronische Unterbrechungseinheit wird vorteilhaft dann in einen hochohmigen Zustand geschaltet , wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen siebenten Spannungsschwellwert überschreitet , insbesondere wenn der Momentanwert der Spannung im Maximum ist .
Eine weitere Funktionsüberprüfung kann darin liegen, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit geschlossen sind und die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig ist . Der geschlossene Kontakt zustand wird wiederum mit dem Positionssensor ermittelt .
Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit EU die elektronische Unterbrechungseinheit EU für eine zweite Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, dann die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird . Bei Überschreitung eines dritten Spannungsschwellwertes liegt eine dritte Fehlerbedingung vor, die ein niederohmig schalten der elektronischen Unterbrechungseinheit vermeidet oder/und ein Öf fnen der Kontakte initiiert .
Liegt die dritte Fehlerbedingung vor, wird ein Öf fnungssignal OEF von der Steuerungseinheit SE an die mechanische Trennkontakte Einheit MK gesendet , um ein Öf fnen der Kontakte zu initiieren . Das Öf fnen der mechanischen Kontakte wird bevorzugt kurz vor dem Stromnulldurchgang durchgeführt , sodass die mechanischen Schaltkontakte den Stromfluss leichter unterbrechen können . Ferner kann die Steuerungseinheit SE ein Signal zum niederohmig werden für die elektronische Unterbrechungseinheit vermeiden bzw . unterdrücken .
Vorteilhaft wird die elektronische Unterbrechungseinheit dann in einen niederohmigen Zustand geschaltet , wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen vierten Spannungsschwellwert unterschreitet . Vorteilhaft wird der Zeitpunkt zum Einschalten bei kleinen Spannungswerten ( kleiner als der vierte Spannungsschwellwert ) gewählt , um den hierdurch entstehenden Messstrom durch den Verbraucher / die Energiesenke / die Last zu minimieren . Ferner, um ein Personenschutz zu gewährleisten . Der vierte Spannungsschwellwerte kann beispielsweise (maximal ) 50 V Wechselspannung betragen . D . h . beim Einschalten werden nur ungefährliche ( Schutz- ) Kleinspannungen verwendet .
Eine weitere Funktionsüberprüfung kann darin liegen, dass die mechanische Trennkontakteinheit geschlossen ist und die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig ist . Durch kurz zeitiges Einschalten der elektronischen Unterbrechungseinheit bzw . deren halbleiterbasierter Schaltelemente kann j e nach angelegter Spannungspolarität in analoger Weise die Funktionalität der Schaltelemente geprüft werden .
Der geschlossene Kontakt zustand wird wiederum mit dem Positionssensor ermittelt . Bei einem Öf fnungsvorgang die j eweilige Funktionsüberprüfung beendet werden .
Die Meßimpedanz ZM sollte einen sehr hohen Wert (Widerstandsoder Impedanzwert ) haben, um die Verluste gering zu halten . Beispielsweise bei einem Widerstand einem Wert von z . B . 1 MOhm . Ein Wert von 1 MOhm führt zu Verlusten von etwa 50 mW in einem 230 V Niederspannungsstromkreis .
Die Meßimpedanz sollte vorteilhaft größer als 100 KOhm, 500 KOhm, 1 MOhm, 2 MOhm, 3 MOhm, 4 MOhm, 5 MOhm oder mehr sein .
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 netzseitigen Anschlüssen und lastseitigen Anschlüssen für den Niederspannungsstromkreis ,
- eine mechanische Trennkontakteinheit (MK) , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist , wobei die mechanische Trennkontakteinheit den lastseitigen Anschlüssen und die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) den netzseitigen Anschlüssen zugeordnet ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öf fnen mindestens eines Kontaktes zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen des mindestens einen Kontaktes für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- einer Stromsensoreinheit ( S 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 die mechanische Trennkontakteinheit (MK) einen Positionssensor ( POS ) aufweist , zur Ermittlung einer Positionsinformation über den geschlossenen oder geöf fneten Zustand des mindestens einen Kontaktes .
2 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Positionssensor ( POS ) mit der Steuerungseinheit ( SE ) verbunden ist , so dass die Steuerungseinheit ( SE ) eine Positionsinformation über den geschlossenen oder geöf fneten Zustand des mindestens einen Kontaktes hat .
3 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass die Positionsinformation des Positionssensors im Schutzschaltgerät verarbeitet wird .
4 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass die Positionsinformation für die Durchführung von Funktionsüberprüfungen des Schutzschaltgerät verwendet wird, insbesondere das abhängig von der Positionsinformation Überprüfungs funktionen durchgeführt werden .
5 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass zur Funktionsüberprüfung des Schutzschaltgerätes bei geöf fneten Kontakt ( en) der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird, dass bei Unterschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes eine erste Fehlerbedingung vorliegt , so dass ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und Schließen des mindestens einen Kontaktes vermieden wird .
6 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass zur Funktionsüberprüfung des Schutzschaltgerätes bei geöf fneten Kontakt ( en) der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird, dass bei Überschreiten eines zweiten Spannungsschwellwertes eine zweite Fehlerbedingung vorliegt , so dass ein weiteres niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und Schließen des mindestens einen Kontaktes vermieden wird .
7 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 5 und 6 , dadurch gekennzeichnet , dass bei Vorliegen einer Fehlerbedingung ein Schließen des mindestens einen Kontaktes der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) vermieden wird, insbesondere kein Freigabesignal ( enable ) an die mechanische Trennkontakteinheit (MK) abgegeben wird .
8 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 4 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass zur Funktionsüberprüfung des Schutzschaltgerätes bei geschlossenen Kontakt ( en) der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine zweite Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird, dass bei Überschreitung eines dritten Spannungsschwellwertes eine dritte Fehlerbedingung vorliegt , die ein niederohmig schalten der elektronischen Unterbrechungseinheit vermeidet oder/und Öf fnen des mindestens einen Kontaktes initiiert .
9 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die elektronische Unterbrechungseinheit dann in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen vierten Spannungsschwellwert unterschreitet .
10 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 4 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass zur Funktionsüberprüfung des Schutzschaltgerätes bei geschlossenen Kontakt ( en) der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird, dass bei Überschreitung eines fünften Spannungsschwellwertes eine vierte Fehlerbedingung vorliegt , die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen des mindestens einen Kontaktes initiiert .
11 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 4 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass zur Funktionsüberprüfung des Schutzschaltgerätes bei geschlossenen Kontakt ( en) der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine dritte Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird, die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird, dass bei Unterschreitung eines sechsten Spannungsschwellwertes eine fünfte Fehlerbedingung vorliegt , die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und Öf fnen des mindestens einen Kontaktes initiiert .
12 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 11 , 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 siebenten Spannungsschwellwert überschreitet , insbesondere wenn der Momentanwert der Spannung im Maximum ist .
13 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die mechanische Trennkontakteinheit eine Handhabe (HH) zum manuellen Öf fnen und Schließen des mindestens einen Kontaktes aufweist .
14 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 13 , dadurch gekennzeichnet , dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) derart ausgestaltet ist , dass die Positionsinformation über den geschlossenen oder geöf fneten Zustand des mindestens einen Kontaktes von der Stellung der Handhabe (HH) abweichen kann .
15 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 13 oder 14 , dass die Handhabe (HH) einen Betätigungssensor aufweist , der mit der Steuerungseinheit verbunden ist , zur Ermittlung einer Betätigungsinformation der Handhabe .
16 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 13 bis 15 , dadurch gekennzeichnet , dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) derart ausgestaltet ist , dass der mindestens eine Kontakt von der Steuerungseinheit ( SE ) geöf fnet , aber nicht geschlossen werden können; dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) derart ausgestaltet ist , dass nur bei Anliegen eines Freigabesignals ein Schließen des mindestens einen Kontaktes durch die Handhabe möglich ist .
17 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass der Niederspannungsstromkreis ein Dreiphasenwechselstromkreis ist und das Schutzschaltgerät weitere netzseitige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse aufweist , zwischen denen j eweils eine Serienschaltung einer elektronischen Unterbrechungseinheit und eines Kontaktes der mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehen ist .
18 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass bei geschlossenen Kontakt ( en) 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 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 .
19 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die Steuerungseinheit ( SE ) einen Mikrocontroller aufweist .
20 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass nach dem durch den Positionssensor erfassten Schließen der Kontakte Überprüfungs funktionen gestartet werden und bei fehlerfreier Prüfung das Einschalten der elektronischen Unterbre- chungseinheit erfolgt .
21 . Positionssensor ( POS ) für eine mechanische Trennkontakteinheit (MK) für ein Schutzschaltgerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 20 .
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