WO2023052177A1 - Schutzschaltgerät und verfahren - Google Patents

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WO2023052177A1
WO2023052177A1 PCT/EP2022/075994 EP2022075994W WO2023052177A1 WO 2023052177 A1 WO2023052177 A1 WO 2023052177A1 EP 2022075994 W EP2022075994 W EP 2022075994W WO 2023052177 A1 WO2023052177 A1 WO 2023052177A1
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WO
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voltage
low
switching device
unit
current
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Application number
PCT/EP2022/075994
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marvin TANNHÄUSER
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP22786350.3A priority Critical patent/EP4356410A1/de
Publication of WO2023052177A1 publication Critical patent/WO2023052177A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/547—Combinations of mechanical switches and static switches, the latter being controlled by the former
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series

Definitions

  • the invention relates to the technical field of a protective switching device for a low-voltage circuit with an electronic interruption unit according to the preamble of patent claim 1 and a method for a protective switching device for a low-voltage circuit with an electronic interruption unit according to the preamble of patent claim 17.
  • Low voltage means voltages of up to 1000 volts AC or up to 1500 volts DC.
  • Low voltage means, in particular, voltages that are greater than extra-low voltage, with values of 50 volts AC or 120 volts DC.
  • Low-voltage circuits or networks or systems mean circuits with rated currents or rated currents of up to 125 amperes, more specifically up to 63 amperes.
  • Low-voltage circuits mean, in particular, circuits with rated currents or rated currents of up to 50 amperes, 40 amperes, 32 amperes, 25 amperes, 16 amperes or 10 amperes.
  • the current values mentioned mean in particular nominal, rated and/or cut-off currents, i.e. the maximum current that is normally carried through the circuit or at which the electrical circuit is usually interrupted, for example by a protective device such as a Protective switching device, miniature circuit breaker or circuit breaker.
  • 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 in the event of an overload and/or Switch off the short circuit automatically.
  • a miniature circuit breaker is a safety element that does not reset automatically.
  • circuit breakers In contrast to miniature circuit breakers, circuit breakers are intended for currents greater than 125 A, sometimes even from 63 amperes. Miniature circuit breakers are therefore simpler and more filigree in design. 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 switch contact or shunt trip for interrupting (tripping) the electrical current.
  • a bimetallic protective element or bimetallic element is usually used for tripping (interruption) in the event of prolonged overcurrent (overcurrent protection) or thermal overload (overload protection).
  • An electromagnetic release with a coil is used for brief release when an overcurrent limit value is exceeded or in the event of a short circuit (short-circuit protection).
  • One or more arc quenching chamber(s) or devices for arc quenching 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. This means that the electrical current flow of the low-voltage circuit is routed via semiconductor components or semiconductor switches, which interrupt the electrical current flow or can be switched to be conductive.
  • Protective switching devices with an electronic interruption unit also often have a mechanical isolating contact system, in particular with isolating properties in accordance with relevant standards for low-voltage circuits, the contacts of the mechanical isolating contact system are connected in series with the electronic interrupting unit, ie the current of the low-voltage circuit to be protected is routed both via the mechanical isolating contact system and via the electronic interrupting unit.
  • the present invention relates in particular to low-voltage AC circuits with an AC voltage, usually with a time-dependent sinusoidal AC voltage with the frequency f.
  • a harmonic AC voltage can be represented by the rotation of a pointer whose length corresponds to the amplitude (U) of the voltage.
  • the instantaneous deflection is the projection of the pointer onto a coordinate system.
  • An oscillation period corresponds to a full rotation of the pointer and its full angle is 2 ⁇ (2Pi) or 360°.
  • the angular frequency is the rate of change of the phase angle of this rotating phasor.
  • the time-dependent value from the angular velocity ⁇ and the time t corresponds to the time-dependent angle ⁇ (t), which is also referred to as the phase angle ⁇ (t).
  • ⁇ time-dependent angle
  • the object of the present invention is to improve a protective switching device of the type mentioned at the outset, in particular to improve the functionality of such a protective switching device or to create a new concept for such a protective switching device.
  • a protective switching device for protecting an electrical low-voltage circuit, in particular a low-voltage alternating current circuit, having:
  • a mechanical isolating contact unit that can be operated and switched by a mechanical handle, so that opening of contacts to avoid a current flow or closing of the contacts for a current flow in the low-voltage circuit (through the handle) can be switched, so that (in particular ) a galvanic isolation can be switched in the low-voltage circuit;
  • opening contacts is also referred to as disconnecting and closing contacts is referred to as connecting;
  • an electronic interruption unit which is connected in series with the mechanical isolating contact unit on the circuit side and which, by means of semiconductor-based switching elements, switches to a high-impedance (in particular non-conductive) state of the switching elements to prevent current flow or a low-impedance (conducting) state of the switching elements to current flow in the low-voltage circuit is switchable;
  • a high-impedance (in particular non-conductive) state of the switching elements (to prevent current flow) is also referred to as the switched-off state (process: switching off) and a low-impedance (conductive) state of the switching elements (to current flow) as switched-on state (operation: switching on) denotes;
  • control unit which is connected to the (first) voltage sensor unit, the current sensor unit, the mechanical isolating contact unit and the electronic interrupting unit, whereby when current limit values or current time limit values are exceeded (i.e. when a current limit value for a specific Time period is exceeded) an avoidance of a current flow of the low-voltage circuit is initiated, in particular to avoid a short-circuit current.
  • the protective switching device is designed according to the invention in such a way that when the contacts of the protective switching device are closed and low-impedance electronic interruption unit when a voltage-reduced state of the low-voltage circuit occurs, the electronic interruption unit becomes high-impedance and that after the voltage-reduced state is exited, the electronic interruption unit becomes low-impedance again.
  • the voltage-reduced state is a voltage-free or almost voltage-free state of the low-voltage circuit.
  • the high-impedance and low-impedance (due to the voltage reduced state or its absence) of the electronic interruption unit is related to the mains voltage-dependent functionality of the protective switching device, in particular the control unit, specifically the mains voltage dependency of the protective functions, such as avoiding the flow of current in the low-voltage circuit when current limits or current time limits are exceeded.
  • the electronic interruption unit becomes highly resistive before the line-voltage-dependent functionality of the protective switching device stops. After leaving the voltage-reduced state, the electronic interruption unit only becomes low-impedance again after the mains-voltage-dependent functionality of the protective switching device has started.
  • the voltage-reduced state is a voltage-free or almost voltage-free state of the low-voltage circuit.
  • the protective switching device automatically enables current to flow again (if it was previously switched on/the contacts were closed).
  • it is not necessary to switch on the protective switching device separately, which quickly becomes expensive after a power failure if there are a large number of protective switching devices.
  • the upper limit of the voltage-reducing state is less than or equal to the lower limit of the operating voltage range of the protective switching device.
  • the lower limit of the operating voltage range is a value in the range from 50 volts to 196 volts (85% of the nominal voltage, for a nominal voltage of 230 volts), i.e. for example 50 V, 60 V 70V 80V 85V 90V 100V 110V 115V 120V 130V 140V 150V 160V 170V 180V 190V 196V
  • the upper limit of the voltage-reducing range in the protective switching device can advantageously be configurable, for example according to a value from the aforementioned range, generally a value less than the nominal voltage.
  • the lower limit of the operating voltage range can advantageously be the highest value of the (safety) extra-low voltage, typically, for example, 50 volts AC or 120 volts DC.
  • the protective switching device can consequently be designed in such a way that when the contacts of the protective switching device are closed (switched-on state) and the low-impedance electronic interruption unit (switched-on state) occurs when a voltage-reduced (i.e. e.g. a) Below the operating voltage range, b ) in the de-energized state or c) lower than the maximum value of the safety extra-low voltage) state of the low-voltage circuit, the electronic interruption unit becomes highly resistive. After exiting the voltage-reduced state (return of the voltage; return to the operating voltage range; specifically error-free state), the electronic interruption unit becomes low-resistance again.
  • the protective switching device on the one hand automatically allows current to flow again (if it was previously switched on/the contacts were closed).
  • the protective switching device ensures that the low-voltage circuit is in a safe state at all times. If it is in the operating voltage range, the protective functions of the protective switching device are ensured by the protective switching device. If the voltage of the low-voltage circuit falls below the operating voltage range of the protective switching device, a high-impedance state is created so that an unprotected hazardous voltage (even if it is less than the rated voltage) cannot be present in the low-voltage circuit.
  • the protective functions of the protective switching device are Protective switching device provided again.
  • a safe state is thus provided at all times.
  • the (lower) operating voltage range limit can advantageously be adapted/configured.
  • the protective switching device can be configured in such a way that the behavior of the protective switching device can be set/configured after the voltage-reduced state has been exited.
  • the protective switching device can be configured in such a way that the electronic interruption unit can be set/configured to become low-impedance or remain high-impedance after the voltage has left the reduced-voltage state. This has the particular advantage that a user can consciously configure the behavior of the protective switching device.
  • the setting "remain high-impedance after exiting the voltage-reduced state” can be particularly advantageous for dangerous systems or safety-endangering applications.
  • the setting "become low-impedance after exiting the voltage-reduced state” can be particularly advantageous for systems with a high required system availability be.
  • the electronic interruption unit after leaving the voltage-reduced state, only has a low resistance if a checking function permits a low-resistance state of the switching elements.
  • a completely new operating concept in which a user of the protective switching device switches it on (ie the contacts of the mechanical isolating contact unit are closed by the mechanical handle), but not switching on (no low-impedance state of the switching elements of the electronic interruption unit).
  • the protective switching device itself is only switched on.
  • the user cannot force the protective switching device to be switched on, ie a current flow in the low-voltage circuit.
  • the user cannot force the protective switching device to be switched on, even when the protective switching device is in a fault-free state or the low-voltage circuit is fault-free (e.g. no short circuit). Especially not after a power failure or a voltage reduction.
  • a communication unit connected to the control unit which in particular emits a message about the electronic interruption unit becoming low-impedance after the voltage-reduced state is exited.
  • a message can be issued about the electronic interruption unit becoming high-impedance when the voltage-reduced state occurs.
  • a display unit for displaying information is provided on the protective switching device, which is connected to the control unit (SE).
  • the display unit can display switching states of the protective switching device.
  • the display unit can display a message that the electronic interruption unit has become low-impedance after the voltage has been reapplied.
  • the information display can in particular show the switching status of the switching elements of the electronic interruption unit (EU) and/or in particular the position of the contacts of the mechanical isolating contact unit (MK).
  • EU electronic interruption unit
  • MK mechanical isolating contact unit
  • the checking function has a self-test of the functionality of the protective switching device, in which at least one component, in particular a plurality of components, of a unit, in particular a plurality of units, of the protective switching device is (are) checked and the functionality is checked the at least one component, in particular a plurality of components, a unit, in particular a plurality of units, the low-impedance state (of the electronic interruption unit) is permitted.
  • a self-test of the functionality of at least one component of a unit of the protective switching device can consist of the values supplied by the component of the unit or the unit, for example the voltage sensor unit or current sensor unit, to the control unit, for example values of the determined level of the voltage or of the current, do not exceed defined limit values (upper and/or lower limit values).
  • the electronic interrupting unit is checked with regard to functionality to the effect that the semiconductor-based switching element is functional. This can be done, for example, by the electronic interruption unit being switched on briefly, ie the semiconductor-based switching element is briefly switched to low resistance. Short-term means a certain period of time, in particular a period of less than 1 ms or less than 5 ms.
  • the magnitude of the current or the magnitude of the voltage at the load-side connection determined during this brief switching on, for example by a second voltage sensor unit, can be evaluated in order to conclude that the electronic interruption unit or the semiconductor-based switching element is functional. If the voltage level at the connection on the load side is the same as at the connection on the mains side when it is briefly switched on, the electronic interruption unit or the semiconductor-based switching element is, for example, functional (provided there is no short circuit on the connection on the load side). In addition, the level of the current can therefore be evaluated in parallel.
  • the electronic interrupting unit is checked with regard to functionality to the effect that an overvoltage protection component, such as an energy absorber or overvoltage protection element, of the electronic interrupting unit is functional.
  • the check can be carried out, for example, by briefly switching on the electronic interruption unit, i.e. the semiconductor-based switching element is briefly switched to low resistance, see above.
  • a check can be carried out by monitoring the level of the voltage and/or the current, since an overvoltage protection component generally generates short-term current flows during such switching operations, which can be evaluated. From this it can be concluded that it is functional.
  • the (first) voltage sensor unit is checked with regard to its functionality for determining the magnitude of the voltage. This can be done, for example, on the one hand by the (first) voltage sensor unit supplying values of the magnitude of the voltage that do not exceed defined limit values (upper and/or lower limit values) or are within an expected range of values.
  • a second voltage sensor unit for example the first voltage sensor unit on the line-side connection and a second voltage sensor unit on the load-side connection
  • both voltage values being compared with one another, in particular when the electronic system is switched off/on Break unit (and closed contacts) .
  • Corresponding deviations in the voltage levels allow conclusions to be drawn about the functionality for determining the voltage level. For example, if the voltage difference is too high, there is no functionality.
  • the current sensor unit is checked with regard to its functionality for determining the magnitude of the current.
  • the check can be carried out, for example, by briefly switching on the electronic interruption unit, i.e. the semiconductor-based switching element is briefly switched to low resistance, see above.
  • the current level determined can be checked. If the value of the determined current level is in an expected value range, e .g . functionality, otherwise e.g. not.
  • the protective switching device is designed in such a way that the temperature of the device, a unit and/or a component is monitored.
  • the monitoring of the temperature of the microprocessor, the semiconductor-based switching elements or other semiconductor elements is advantageous here. If the temperature exceeds certain temperature limit values, the functionality will not work or will be endangered.
  • the checking function carries out a check of at least one, in particular several or all, of the following parameters:
  • Overvoltage or overvoltage value means that the valid operating voltage is exceeded. This does not mean the heights of overvoltage dips, for example with so-called bursts or surges, which typically occur at 4 kV or 8 kV can be (for a 230 volt or 400 volt network), so-called network overvoltages (ie, for example, ten times the normative voltage of the low-voltage circuit).
  • the first overvoltage value can be a certain percentage higher than the normative voltage value. For example, with a normative voltage value of 230 volts, for example 10% higher, 230V + 10%.
  • the second overvoltage value can be a certain higher percentage higher than the normative voltage value.
  • the third overvoltage value can be a certain even higher percentage than the normative voltage value.
  • a protective switching device is not connected to a network with a deviating standard voltage (operating voltage) or to a load with faulty parameters. So e.g. a lack of protection in the event of incorrect connection of e .g . a 230 volt circuit breaker to e.g.
  • the two phases with a voltage of 400 volts can be detected and avoided, and an incorrect supply of a load with too high a voltage can be avoided.
  • a related potential destruction of the protective switching device can also be avoided.
  • switching on after a short circuit can be detected and avoided before the full supply voltage is switched on.
  • the voltage is too low (a 230 volt device in a 115 volt network)
  • problems and a lack of protection can be avoided. In this way, increased operational reliability is achieved in the low-voltage circuit.
  • overvoltage information is output when the first overvoltage value is exceeded, occurs when the second overvoltage value is exceeded the electronic interrupting unit becomes highly resistive, if the third overvoltage value is exceeded, the contacts are opened (disconnected) by the mechanical isolating contact unit, if the first undervoltage value is undershot, undervoltage information is given and/or the electronic interrupting unit remains highly resistive (particularly in the case of a third undervoltage limit value), in particular if the voltage level is greater than a second undervoltage value, if the first temperature limit value is exceeded, temperature information is output, if the second temperature limit value is exceeded, the electronic interruption unit becomes highly resistive, if the third temperature limit value is exceeded, the contacts open Impedance information is output if the value falls below the first resistance value on the load side or first impedance value on the load side, or if the value falls below the second resistance value on the load side or second impedance value on the load side, the electronic interruption unit remains at high resistance
  • the electronic interruption unit becomes highly resistive immediately or almost immediately.
  • the mechanical isolating contact unit can also be opened.
  • the protective switching device is designed in such a way that position information of the contacts (open/closed) is determined and transmitted to the control unit SE.
  • the position information can be determined, for example, by a first position sensor that is connected to the control unit.
  • the protective switching device is designed in such a way that handle information about the position of the handle (open/closed) is determined and transmitted to the control unit SE.
  • the handling information can be determined, for example, by a second position sensor that is connected to the control unit.
  • the protective switching device is designed in such a way that the contacts of the mechanical isolating contact unit can be opened by the control unit but cannot be closed. This has the particular advantage that increased operational reliability is achieved in the low-voltage circuit, in particular that remote electronic connection is not possible.
  • the mechanical isolating contact unit has a trip-free mechanism such that if the contacts begin to open after the contacts have started to close, the contacts return to the open position even if the closing process continues .
  • the moving contacts will return to and remain in the open position, even if the process of closing the contacts is maintained by the handle.
  • the protective switching device has a residual current sensor for determining residual currents in the low-voltage circuit. This has the particular advantage that additional functionality can be implemented and realized in the protective switching device. In this way, the protective switching device can be expanded to include a residual current detection function. A compact, versatile protective switching device is available.
  • the method for a circuit breaker protecting a low voltage electrical circuit comprising:
  • a mechanical isolating contact unit that can be operated by a mechanical handle, so that an opening of contacts can be switched to prevent a current flow or a closing of the contacts can be switched to a current flow in the low-voltage circuit
  • an electronic interruption unit which is connected in series with the mechanical isolating contact unit on the circuit side and which can be switched by semiconductor-based switching elements to a high-impedance state of the switching elements to prevent current flow or a low-impedance state of the switching elements to current flow in the low-voltage circuit
  • the computer program product includes instructions which, when the program is executed by a microcontroller, cause the latter to cause the electronic interruption unit for a protective switching device to become low-impedance.
  • the microcontroller is part of the protective switching device, in particular the control unit.
  • a corresponding computer-readable storage medium on which the computer program product is stored is claimed.
  • Figure 1 shows a first representation of a protective switching device
  • FIG. 2 shows a second representation of a protective switching device
  • FIG. 3 shows a third representation of a protective switching device
  • FIG. 4 shows a representation of states of a protective switching device
  • FIG. 5 shows a fourth representation of a protective switching device.
  • Figure 1 shows a representation of a protective switching device SG for protecting an electrical low-voltage circuit with a housing GEH, having:
  • Connections for conductors of the low-voltage circuit in particular first network-side connections L1, N1 for a network-side, in particular energy-source-side, connection EQ of the protective switching device SG and second load-side connections L2, N2 for a load-side, in particular energy-sink side - in the case of passive loads
  • Connection ES (load-side connection) of the protective switching device SG it being possible for connections L1, L2 on the phase conductor side and connections N1, N2 on the neutral conductor side to be provided
  • the load-side connection L2, N2 can have a passive load (consumer) and/or an active load ((further) energy source), or a load that can be both passive and active, e.g. in chronological order;
  • a current sensor unit SI for determining the level of the current of the low-voltage circuit, such that in particular instantaneous (phase angle-related) current values DI are available,
  • a mechanical isolating contact unit MK which can be operated and switched in particular by a mechanical handle, so that opening of contacts to avoid a current flow or closing of the contacts for a current flow in the low-voltage circuit (through the handle) can be switched, so that is (in particular) a galvanic isolation in the low-voltage circuit can be switched; with the MK mechanical isolating contact unit, opening contacts is also referred to as disconnecting and closing contacts is referred to as connecting;
  • an electronic interrupting unit EU which is connected in series with the mechanical isolating contact unit on the circuit side and which, due to semiconductor-based switching elements, has a high-impedance state of the switching elements to prevent current flow and a low-impedance state of the switching elements to current flow in the low-voltage circuit;
  • a high-impedance state of the switching elements to prevent current flow
  • a low-resistance (conductive) state of the switching elements to current flow
  • control unit SE which is connected to the (first) voltage sensor unit SU, the current sensor unit SI, the mechanical isolating contact unit MK and the electronic interruption unit EU, whereby when current limit values or current time limit values are exceeded (i.e. when a current - limit value is exceeded for a specific period of time), avoidance of a current flow in the low-voltage circuit is initiated, in particular to avoid a short-circuit current.
  • the line-side connections L1, N1 are connected on the one hand to the mechanical isolating contact unit MK.
  • the mechanical isolating contact unit MK is connected to the electronic interruption unit EU.
  • the electronic interruption unit EU is connected to the load-side connections L2, N2.
  • the electronic interruption unit EU can also be arranged on the line side and the mechanical isolating contact unit MK can be arranged on the load side.
  • the mechanical isolating contact unit and the electronic interrupting unit EU are intended to be connected in series.
  • the (first) voltage sensor unit SU and the current sensor unit SI are arranged between the mechanical isolating contact unit MK and the electronic interruption unit EU.
  • a second voltage sensor unit can be arranged between the electronic interruption unit EU and the load-side connections L2, N2.
  • the protective switching device SG can have an energy supply with a power pack NT (not shown in FIG. 1).
  • the power pack NT is connected to the conductors of the low-voltage circuit, preferably to the conductors between the mechanical isolating contact system MK and the electronic interruption unit EU.
  • the power pack NT is used to supply energy to the control unit SE and/or the electronic interruption unit EU and, if applicable, the first (or/and second) voltage sensor SU and/or current sensor SI.
  • the mechanical isolating contact unit can be designed in such a way that position information of the contacts (opened/closed) is determined and transmitted to the control unit SE, for example by a position signal POSI (see FIG. 2).
  • the position information can be determined, for example, by a first position sensor that is provided in particular in or on the mechanical isolating contact unit that is connected to the control unit.
  • information about the position of the handle can be determined and transmitted to the control unit SE (by means of a handle position signal (not shown)).
  • the handling information can be determined, for example, by a second position sensor that is connected to the control unit.
  • the computer program product can advantageously be stored on a computer-readable storage medium; such as a USB stick, CD-ROM, etc. ; be stored, e.g. allow an upgrade to an advanced version.
  • the computer program product can also advantageously be transmitted by a data carrier signal.
  • the control unit SE can:
  • the protective switching device SG in particular the control unit SE, is designed in such a way that when current limit values or current time limit values are exceeded (i.e. when a current limit value is exceeded for a certain period of time), avoidance of a current flow in the low-voltage circuit is initiated, in particular to avoid a short- to avoid short-circuit current. This is achieved in particular by the electronic interruption unit EU changing from the low-impedance state to the high-impedance state.
  • the avoidance of a current flow in the low-voltage circuit is initiated, for example, by a first interruption signal TRIP, which is sent from the control unit SE to the electronic interruption unit EU, as shown in FIG.
  • the electronic interruption unit EU is shown in FIG. 1 as a block in both conductors. In a first variant, this means that there is no interruption in both conductors.
  • At least one conductor, in particular the active conductor or phase conductor has semiconductor-based switching elements.
  • the neutral conductor can be free of switching elements, ie without semiconductor-based switching elements. This means that the neutral conductor is connected directly, ie it does not become highly resistive. Ie there is only a single-pole interruption (of the phase conductor).
  • phase conductors have semiconductor-based switching elements in a second variant of the electronic interruption unit EU.
  • the neutral conductor is connected directly, ie it does not become highly resistive. For example for a three-phase AC circuit.
  • the neutral conductor can also have a semiconductor-based switching element, i.e. when the electronic interruption unit EU is interrupted, both conductors become highly resistive.
  • the electronic interruption unit EU can have semiconductor components such as bipolar transistors, field effect transistors (FET), isolated gate bipolar transistors (IGBT), metal oxide layer field effect transistors (MOSFET) or other (self-guided) power semiconductors.
  • IGBTs and MOSFETs in particular are particularly well suited for the protective switching device according to the invention due to low flow resistances, high junction resistances and good switching behavior.
  • the mechanical isolating contact unit MK can interrupt on a single pole. This means that only one conductor of the two conductors, in particular the active conductor or phase conductor, is interrupted, ie has a mechanical contact. The neutral conductor is then contact-free, ie the neutral conductor is directly connected. If further active conductors/phase conductors are provided, in a second variant the phase conductors have mechanical contacts of the mechanical isolating contact system. In this second variant, the neutral conductor is directly connected. For example for a three-phase alternating current circuit.
  • the neutral conductor also has mechanical contacts, as shown in FIG.
  • the mechanical isolating contact unit MK means, in particular, a (standard-compliant) isolating function, implemented by the isolating contact unit MK.
  • the isolating function means the following points: -minimum air gap according to the standard (minimum distance between the contacts), -contact position display of the contacts of the mechanical isolating contact system, -actuation of the mechanical isolating contact system is always possible (no blocking of the isolating contact system).
  • the isolating contact system is advantageously characterized by a minimum clearance of the opened isolating contacts in the opening (open position, open contacts) depending on the rated impulse withstand voltage and the degree of pollution.
  • the minimum clearance is in particular between (at the minimum) 0.01 mm and 14 mm.
  • the minimum clearance is advantageously between 0.01 mm at 0.33 kV and 14 mm at 12 kV, in particular for pollution degree 1 and in particular for inhomogeneous fields.
  • the mechanical isolating contact unit MK can alternatively or additionally be controlled by the control unit SE in order to initiate an avoidance of current flow in the low-voltage circuit when current limit values or current-time limit values are exceeded. Specifically, if necessary creates a galvanic isolation.
  • the initiation of avoiding a current flow or possibly galvanic interruption of the low-voltage circuit occurs, for example, by a second interruption signal TRIPG, which is sent from the control unit SE to the mechanical isolating contact system MK, as shown in FIG.
  • TRIPG second interruption signal
  • the opening of the contacts cannot be blocked by the handle, i.e. the contacts are opened (so-called free tripping/free tripping) even when the handle is blocked (closing of the contacts).
  • an interruption of the low-voltage circuit can be initiated, in particular by the mechanical isolating contact unit MK, when the current level is determined which exceeds the second current threshold value.
  • the second current threshold value corresponds, for example, to the standard current (time) limit values, i.e. the I (t-) characteristic curves for protective devices, for example in accordance with the IEC 60947 or IEC 60898 standard.
  • the specialist selects the selected current (time) limit values according to the present use / application.
  • the third current threshold value can be selected, for example, in accordance with standard current-time limit values, ie the It characteristics for protective devices, for example in accordance with the IEC 60947 or IEC 60898 standard. cation.
  • the protective switching device SG is designed according to the invention in such a way that the electronic interruption unit EU has a high resistance in the disconnected state, ie when the contacts of the mechanical isolating contact unit MK are open. If a user of the protective switching device SG operates the mechanical handle for a switch-on process in order to close the contacts, a checking function is carried out, in particular after the contacts have been closed (ie switched on). If the checking function delivers a positive result, the electronic interruption unit EU has a low resistance. Otherwise not.
  • the protective switching device SG is also designed according to the invention in such a way that when the contacts of the protective switching device are closed and a voltage-reduced state of the low-voltage circuit occurs, the electronic interrupting unit becomes highly resistive. After leaving the voltage-reduced state, the electronic interruption unit becomes low-resistance again. I.e. e.g. After a power failure in the low-voltage circuit, a (potential) current flow is automatically restored in the low-voltage circuit, as a result of the electronic interruption unit EU automatically becoming low-impedance.
  • the behavior of the protective switching device after leaving the voltage-reduced state can be configurable.
  • the electronic interruption unit it is possible to configure the electronic interruption unit to become low-impedance or remain high-impedance after leaving the voltage-reduced state.
  • the configuration can contain a time component.
  • the electronic interruption unit can become low-impedance.
  • the electronic interruption unit remains at high impedance.
  • the first period of time can be in the range of minutes or single-digit hours.
  • the first period of time can be 5 hours.
  • going low-impedance (reconnecting) can be allowed if the voltage-reduced state is present "only" for one or a few minutes or one or a few hours.
  • the high-impedance state can be maintained if the voltage-reduced state lasts for more than 4 hours, 5 hours, 6 hours, 7 hours or 8 hours or a day or longer.
  • the electronic interruption unit after leaving the voltage-reduced state, i.e. e.g. after the end of a power failure, the electronic interruption unit only becomes low-impedance if a checking function allows the switching elements to be in a low-impedance state.
  • the event of leaving the voltage-reduced state can advantageously be displayed on the protective switching device by a display unit and/or communicated by a communication unit.
  • the occurrence of the voltage-reduced state can advantageously be displayed on the protective switching device by a display unit and/or communicated by a communication unit.
  • the communication unit is advantageously connected to the control unit and can be wired and/or wireless communication, e.g. via Bluetooth or WLAN.
  • FIG. 2 shows a protective switching device SG according to FIG. 1, with the difference that: the electronic interrupting unit EU is designed as a single-pole interrupting unit, the mechanical isolating contact unit MK is designed as a two-pole interrupting unit is designed (galvanically interrupting), a power supply NT is provided that is connected between the mechanical isolating contact unit MK and electronic interrupting unit EU, the power supply NT supplies the control unit SE with energy (indicated by an arrow).
  • the position signal POSI is also shown.
  • FIG. 3 shows a possible external representation of a protective switching device SG according to FIG. 1 or 2.
  • FIG. 3 shows a protective switching device SG that can be mounted on a top-hat rail and has a width of z.B. 1 HP, 1, 5 or 2 HP with two-pole connections (L, N) .
  • the width of built-in devices such as protective switching devices, miniature circuit breakers, residual current circuit breakers, etc. is specified in modular widths, or TE for short.
  • the width of a pitch unit is 18 mm.
  • a single-pole circuit breaker has a width of 1 HP.
  • the built-in components of electrical installation distributors are matched to the pitch units according to DIN 43871 "Small installation distributors for built-in devices up to 63 A", e .g . the width of mounting rails/top-hat rails.
  • FIG. 3 shows the protective switching device SG with a handle HH for the mechanical isolating contact unit MK.
  • the handle HH of the mechanical isolating contact unit MK can be operated by a user, ie it can be switched on and off.
  • the protective switching device SG according to FIG. 3 has a display unit AE for displaying information on the protective switching device SG.
  • the display unit AE is integrated in the handle HH.
  • the display unit AE has z .B. (At least) one light-emitting diode/light-emitting diode, for example a two-color light-emitting diode, which z.B. flashing amber or glowing red.
  • z.B. At least
  • FIG. 3 shows four states Z1, Z2, Z3, Z4 of the contactor switching device SG.
  • the first state Z1 the protective switching device SG is released and switched off, ie the mechanical isolating contact unit MK is open and the electronic interruption unit EU has a high resistance.
  • the display unit AE shows, for example, a green state, for example by means of a colored marking, in the example on or in the area of the handle HH.
  • the protective switching device SG is switched on and off, i.e. the mechanical isolating contact unit MK is closed and the electronic interrupter unit EU has a high resistance.
  • the protective switching device SG has no energy supply because, for example, the electrical low-voltage circuit is dead.
  • the display unit AE shows, for example, a yellow status, for example by means of a colored marking, in the example on or in the area of the handle HH.
  • a third state Z3 the protective switching device SG is switched on but still switched off, ie the mechanical isolating contact unit MK is closed and the electronic interruption unit EU has a high resistance.
  • the protective switching device SG is (normally) supplied with energy. However, the protective switching device SG is not yet switched on, ie current cannot yet flow in the electrical low-voltage circuit.
  • the protective switching device SG carries out its checking function, for example.
  • the display unit AE shows, for example, a flashing yellow status, for example by a flashing light-emitting diode, in the example on or in the area of the handle HH, as indicated in FIG.
  • a fourth state Z4 the protective switching device SG is connected and switched on, ie the mechanical isolating contact unit MK is closed and the electronic interruption unit EU has a low resistance.
  • the protective switching device SG is (normally) supplied with energy.)
  • a current can flow in the electrical low-voltage circuit.
  • the protective switching device SG has, for example, completed its checking function with a positive result.
  • the display unit AE shows, for example, a red state, for example by means of a red luminous diode/light emitting diode, in the example on or in the area of the handle HH, as indicated in FIG.
  • another display can appear here in addition to or as an alternative to the "red" display, for example:
  • FIG. 4 shows the states Z1, Z2, Z3, Z4 of the protective switching device SG.
  • the second and third states Z2, Z3 are combined to form a mode control.
  • the protective switching device SG essentially has three modes.
  • a first mode OFF in which the mechanical isolating contact unit MK is open and the electronic interruption unit EU is high-impedance
  • a second CONTROL mode in which the mechanical isolating contact unit MK is closed and the electronic interrupting unit EU has a high resistance
  • a third mode ON in which the mechanical isolating contact unit MK is closed and the electronic interruption unit EU is low-impedance.
  • a change from the first mode OFF to the second mode CONTROL is only possible manually by a user by actuating the handle BT.
  • a change from the second CONTROL mode back to the first OFF mode is possible manually by a user by actuating the handle BT and optionally by the control unit SE.
  • a change from the second mode CONTROL to the third mode ON and back is only "automatic" by the Protective switching device SG itself is possible by means of an automatic switch-on process BE (or automatic switch-off process--for example when a short-circuit condition is met). In particular, a user cannot force a change from the second mode CONTROL to the third mode ON.
  • the switched-on protective switching device automatically returns to the low-impedance state / switched on / third state ON, depending on the design, after the voltage is reapplied.
  • the checking function includes a self-test of the functionality of the protective switching device.
  • this self-test at least one component, in particular a plurality of components, of a unit, in particular a plurality of units, of the protective switching device SG is checked. If the tested components or units are functional, the low-impedance state is permitted.
  • a self-test of the functionality of at least one component of a unit of the protective switching device can consist of the values supplied by the component of the unit or the unit, for example the voltage sensor unit or current sensor unit, to the control unit, for example values of the determined level of the voltage or of the current, do not exceed defined limit values (upper and/or lower limit values).
  • a further self-test can consist in the electronic interruption unit being switched on for a short time, ie the semiconductor-based switching element is switched to low resistance for a short time.
  • short-term means a specific period of time during which the instantaneous voltage value u(t) of the AC voltage does not exceed a specific value, for example 50 volts.
  • the AC voltage can be switched on at the zero crossing of the AC voltage (0°) for approx. 444 ⁇ s / up to 8 ° (electronic interruption unit EU low resistance), ie until the current voltage value is reached at most 50 volts.
  • the zero crossing can be passed through and switched off again at +8 °, i.e. for approx. 888 ps.
  • the switch-on period is less than 1 ms, in particular less than 0.9 ms, more specifically around 0.8 ms (or half each, depending on the switch-on time).
  • a second voltage sensor unit SU2 can be provided for a further test, which is provided between the electronic interruption unit EU and the connection on the load side, i.e. on the connection on the load side, as shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a protective switching device SG according to FIG. 2, with the difference that a corresponding second voltage sensor unit SU2 is provided.
  • the electronic interrupting unit or the semiconductor-based switching element is, for example, functional (provided there is no short circuit on the connection on the load side).
  • the magnitude of the current can be evaluated in parallel.
  • the self-test of the device can also include a temperature measurement, for example of the microprocessor or the semiconductor-based switching elements.
  • a Temperature monitoring on the microprocessor is possible, for example, to check the control unit.
  • the verification function can also include a test of the low-voltage circuit, more specifically the load-side or line-side connection. For example, at least one, in particular several or all, of the following parameters can be checked:
  • the check for overvoltage and undervoltage values can be carried out by measurements using the voltage sensor unit.
  • the limit values can be defined as already shown.
  • the check for parameters of the load-side connection in particular whether the resistance value falls below a first and/or second load-side resistance value or a first and/or second impedance value on the load-side, can also be carried out, for example, by briefly switching on the electronic interruption unit and taking measurements using the voltage and current sensor unit become. The determined values are compared with the specified first and second resistance or impedance values.
  • the electronic interruption unit if the first overvoltage value is exceeded, a Overvoltage information is given (voltage too high), if the second overvoltage value is exceeded, the electronic interruption unit becomes highly resistive (voltage level critical), if the third overvoltage value is exceeded, the contacts are opened (disconnected) by the mechanical isolating contact unit (voltage level dangerous (for the long term operation of the device) ) , if the voltage falls below the first undervoltage value, undervoltage information is given (device capable of working and protecting, but "voltage in the network too low") , if the voltage falls below a third undervoltage value, the electronic interruption unit remains high-impedance (voltage too low, Device no longer capable of protection), especially if the voltage level is greater than a second undervoltage value (otherwise no display or action can take place because the voltage is too low), if the first temperature limit value is exceeded, temperature information is given (elevated temperature), at If the second temperature limit value is
  • High-impedance means a state in which only a current of negligible magnitude flows.
  • resistance values greater than 1 kilohm, more preferably greater than 10 kilohms, 100 kilohms, 1 megohm, 10 megohms, 100 megohms, 1 gigaohm, or greater.
  • Low-impedance means a state 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.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises mit: - einer Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, - eine durch eine mechanische Handhabe bedienbare mechanische Trennkontakteinheit, so dass ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann, - eine elektronische Unterbrechungseinheit, die stromkreisseitig in Serie zur mechanischen Trennkontakteinheit geschaltet ist und die durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann, - dass die ermittelte Höhe des Stromes mit Stromgrenzwerten verglichen wird und bei Überschreitung der Stromgrenzwerte eine Vermeidung des Stromflusses im Niederspannungsstromkreises initiiert wird. Erfindungsgemäß wird bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes und niederohmiger elektronischer Unterbrechungseinheit bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustandes des Niederspannungsstromkreises die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig. Nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes wird die elektronische Unterbrechungseinheit wieder niederohmig.

Description

Beschreibung
Schutzschaltgerät und Verfahren
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet eines Schutz- schaltgerätes für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 17.
Mit Niederspannung sind Spannungen von bis zu 1000 Volt Wech- selspannung oder bis zu 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint, die grö- ßer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechsel- spannung bzw. 120 Volt Gleichspannung, sind.
Mit Niederspannungsstromkreis bzw. -netz oder -anlage sind Stromkreise mit Nennströmen bzw. Bemessungsströmen von bis zu 125 Ampere, spezifischer bis zu 63 Ampere gemeint. Mit Nie- derspannungsstromkreis sind insbesondere Stromkreise mit Nennströmen bzw. Bemessungsströmen von bis zu 50 Ampere, 40 Ampere, 32 Ampere, 25 Ampere, 16 Ampere oder 10 Ampere ge- meint. Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn-, Bemessungs- oder/und Abschalt ströme gemeint, d.h. der Strom der im Normalfall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw. bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise un- terbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie ein Schutzschaltgerät, Leitungsschutzschalter oder Leis- tungsschalter.
Leitungsschutzschalter sind seit langem bekannte Überstrom- schutzeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden. Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss. Ein Leitungsschutz- schalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurzschluss selbsttätig abschalten. Ein Leitungsschutzschal- ter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungsele- ment.
Leistungsschalter sind, im Gegensatz zu Leitungsschutzschal- tern, für Ströme größer als 125 A vorgesehen, teilweise auch schon ab 63 Ampere. Leitungsschutzschalter sind deshalb ein- facher und filigraner auf gebaut. Leitungsschutzschalter wei- sen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befesti- gung 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 (Unterbre- chung) bei länger anhaltenden Überstrom (Überstromschutz) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschutz) einge- setzt. Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurzzeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Überstrom- grenzwerts bzw. im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschluss- schutz) eingesetzt. Eine oder mehrere Lichtbogenlöschkam- mer (n) bzw. Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung sind vorge- sehen. Ferner Anschlusselemente für Leiter des zu schützenden elektrischen Stromkreises.
Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungs- einheit sind relativ neuartige Entwicklungen. Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit auf. D.h. der elektrische Stromfluss des Niederspannungs- stromkreises wird über Halbleiterbauelemente respektive Halb- leiterschalter geführt, die den elektrischen Stromfluss un- terbrechen bzw. leitfähig geschaltet werden können. Schutz- schaltgeräte 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 elektroni- sche Unterbrechungseinheit geführt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Nie- derspannungswechselstromkreise, mit einer Wechselspannung, üblicherweise mit einer zeitabhängigen sinusförmigen Wechsel- spannung mit der Frequenz f . Die zeitliche Abhängigkeit des momentanen Spannungswertes u (t) der Wechselspannung ist durch die Gleichung: u (t) = U * sin (2π * f * t) beschrieben. Wobei : u (t) = momentaner Spannungswert zu der Zeit t
U = Amplitude der Spannung
Eine harmonische Wechselspannung lässt sich durch die Rota- tion eines Zeigers darstellen, dessen Länge der Amplitude (U) der Spannung entspricht. Die Momentanauslenkung ist dabei die Proj ektion des Zeigers auf ein Koordinatensystem. Eine Schwingungsperiode entspricht einer vollen Umdrehung des Zei- gers und dessen Vollwinkel beträgt 2π (2Pi) bzw. 360° . Die Kreisfrequenz ist die Änderungsrate des Phasenwinkels dieses rotierenden Zeigers. Die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung beträgt immer das 2π-fache ihrer Frequenz, d.h. : ω = 2π*f = 2π/T = Kreisfrequenz der Wechselspannung (T = Periodendauer der Schwingung)
Häufig wird die Angabe der Kreisfrequenz (ω) gegenüber der Frequenz ( f) bevorzugt, da sich viele Formeln der Schwin- gungslehre aufgrund des Auftretens trigonometrischer Funktio- nen, deren Periode per Definition 2π ist, mit Hilfe der Kreisfrequenz kompakter darstellen lassen: u (t) = U * sin (ωt)
Im Falle zeitlich nicht konstanter Kreisfrequenzen wird auch der Begriff momentane Kreisfrequenz verwendet.
Bei einer sinusförmigen, insbesondere zeitlich konstanten, Wechselspannung entspricht der zeitabhängige Wert aus der Winkelgeschwindigkeit ω und der Zeit t dem zeitabhängigen Winkel φ ( t ) , der auch als Phasenwinkel φ (t) bezeichnet wird. D.h. der Phasenwinkel φ (t) durchläuft periodisch den Bereich 0...2π bzw. 0°...360° . D.h. der Phasenwinkel nimmt periodisch ei- nen Wert zwischen 0 und 2π bzw. 0° und 360° an (φ = n* ( 0...2π) bzw. φ = n* ( 0°...360° ) , wegen Periodizität; verkürzt : φ = 0...2π bzw. φ = 0°...360° ) .
Mit momentanem Spannungswert u (t) ist folglich der momentane Wert der Spannung zum Zeitpunkt t, d.h. bei einer sinusförmi- gen (periodischen) Wechselspannung der Wert der Spannung zum Phasenwinkel φ gemeint (φ = 0...2π bzw. φ = 0°...360° , der jewei- ligen Periode) .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschalt- gerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere die Funktionalität eines derartigen Schutzschaltgerätes zu ver- bessern bzw. ein neuartiges Konzept für ein derartiges Schutzschaltgerät zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merk- malen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 17 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Nie- derspannungswechselstromkreises, vorgesehen, aufweisend:
- ein Gehäuse mit netzseitigen und lastseitigen Anschlüssen für Leiter des Niederspannungsstromkreises,
- insbesondere eine (erste) Spannungssensoreinheit, zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstrom- kreises,
- eine Stromsensoreinheit, zur Ermittlung der Höhe des Stro- mes des Niederspannungsstromkreises,
- eine durch eine mechanische Handhabe bedienbare und schalt- bare mechanische Trennkontakteinheit, so dass ein öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schlie- ßen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungs- stromkreis (durch die Handhabe) schaltbar ist, damit ist (insbesondere) eine galvanische Trennung im Niederspannungs- stromkreis schaltbar; bei einer mechanischen Trennkontakteinheit wird ein öffnen von Kontakten auch als Freischalten und ein Schließen von Kontakten als Zuschalten bezeichnet;
- eine elektronische Unterbrechungseinheit, die stromkreis- seitig in Serie zur mechanischen Trennkontakteinheit geschal- tet ist und die durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen (insbesondere nichtleitenden) Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen (leitenden) Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist; bei einer elektronische Unterbrechungseinheit wird ein hochohmiger (insbesondere nichtleitender) Zustand der Schalt- elemente ( zur Vermeidung eines Stromflusses) auch als ausge- schalteter Zustand (Vorgang: Ausschalten) und ein niederohmi- ger (leitender) Zustand der Schaltelemente ( zum Stromfluss) als eingeschalter Zustand (Vorgang: Einschalten) bezeichnet;
- einer Steuerungseinheit, die mit der (ersten) Spannungs- sensoreinheit, der Stromsensoreinheit, der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungsein- heit verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Stromgrenz- werten oder Strom-Zeitgrenzwerten (d.h. wenn ein Stromgrenz- wert für eine bestimmte Zeitspanne überschritten wird) eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, insbesondere um einen Kurzschlussstrom zu vermeiden.
Das Schutzschaltgerät ist erfindungsgemäß derart ausgestal- tet, dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes und niederohmiger elektronischer Unterbrechungseinheit bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustandes des Niederspannungsstromkreises die elektronische Unterbrechungs- einheit hochohmig wird und dass nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektronische Unterbrechungseinheit wieder niederohmig wird.
Insbesondere ist der spannungsverminderte Zustand ein span- nungsloser bzw. annähernd spannungsloser Zustand des Nieder- spannungsstromkreises.
D.h. in diesem Beispiel, dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes im (annähernd) spannungslosen Zustand des Niederspannungsstromkreis die elektronische Unterbrechungs- einheit hochohmig ist. Nach dem Wiederanlegen der Spannung wird die elektronische Unterbrechungseinheit niederohmig.
Das hochohmig und niederohmig werden (auf Grund des span- nungsverminderten Zustandes bzw. dessen Wegfall) der elektro- nischen Unterbrechungseinheit steht im Zusammenhang mit der der netzspannungsabhängigen Funktionsfähigkeit des Schutz- schaltgerätes, insbesondere der Steuerungseinheit, speziell der Netzspannungsabhängigkeit der Schutzfunktionen, wie bei- spielsweise die Vermeidung des Stromflusses des Niederspan- nungsstromkreises bei Überschreitung von Stromgrenzwerten oder Strom-Zeitgrenzwerten.
D.h. bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustan- des des Niederspannungsstromkreises wird die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig, bevor die netzspannungsab- hängige Funktionsfähigkeit des Schutzschaltgerätes aussetzt. Nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes wird die elektronische Unterbrechungseinheit erst dann wieder nie- derohmig, nachdem die netzspannungsabhängige Funktionsfähig- keit des Schutzschaltgerätes eingesetzt hat. Insbesondere ist der spannungsverminderte Zustand ein span- nungsloser bzw. annähernd spannungsloser Zustand des Nieder- spannungsstromkreises.
D.h. zum Beispiel, dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes im (annähernd) spannungslosen Zustand des Niederspannungsstromkreis die elektronische Unterbrechungs- einheit hochohmig ist. Nach dem Wiederanlegen der Spannung wird die elektronische Unterbrechungseinheit niederohmig.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass nach einem spannungs- verminderten Zustand bzw. Spannungsausfall im Niederspan- nungsstromkreis das Schutzschaltgerät automatisch wieder ei- nen Stromfluss ermöglicht (wenn es vorher eingeschalten war / die Kontakte geschlossenen waren) . Ein separates Einschalten des Schutzschaltgerätes ist vorteilhaft nicht erforderlich, was nach einem Spannungsausfall bei einer größeren Anzahl an Schutzschaltgeräten schnell aufwendig wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen und im Ausführungsbeispiel angegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Obergrenze des spannungsvermindernden Zustandes kleiner oder gleich der Untergrenze des Betriebsspannungsbereiches des Schutzschaltgerätes.
Bei einem Niederspannungsstromkreis mit einer Betriebsspan- nung bzw. Nennspannung von 230 Volt ist beispielsweise die Untergrenze des Betriebsspannungsbereichs ein Wert im Bereich von 50 Volt bis 196 Volt ( 85 % der Nennspannung, bei einer Nennspannung von 230 Volt) , d.h. beispielsweise 50 V, 60 V, 70 V, 80 V, 85 V, 90 V, 100 V, 110 V, 115 V, 120 V, 130 V, 140 V, 150 V, 160 V, 170 V, 180 V, 190 V, 196 V.
Vorteilhaft kann die Obergrenze des spannungsvermindernden Bereichs im Schutzschaltgerät konfigurierbar sein, beispiels- weise gemäß einem Wert aus dem vorher genannten Bereich, all- gemein ein Wert kleiner als die Nennspannung. Alternativ kann vorteilhaft die Untergrenze des Betriebsspan- nungsbereich der höchste Wert der (Schutz-) Kleinspannung, üb- licherweise beispielsweise 50 Volt Wechselspannung oder 120 Volt Gleichspannung, sein.
Das Schutzschaltgerät kann folglich derart ausgestaltet sein, dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes ( zu- geschalteter Zustand) und niederohmiger elektronischer Unter- brechungseinheit (eingeschalteter Zustand) bei einem Eintre- ten eines spannungsverminderten (d.h. z .B . a) Unterhalb des Betriebsspannungsbereiches, b) im spannungslosen Zustand oder c) kleiner als der Maximalwert der Schutzkleinspannung) Zu- standes des Niederspannungsstromkreises die elektronische Un- terbrechungseinheit hochohmig wird. Nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes (Wiederkehren der Spannung; zurückkehren in den Betriebsspannungsbereich; speziell feh- lerfreier Zustand) wird die elektronische Unterbrechungsein- heit wieder niederohmig.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass das Schutzschaltgerät einerseits automatisch wieder einen Stromfluss ermöglicht (wenn es vorher zugeschaltet / die Kontakte geschlossenen wa- ren) . Ein separates Einschalten des Schutzschaltgerätes ist vorteilhaft nicht erforderlich, was nach einem Spannungsaus- fall bei einer größeren Anzahl an Schutzschaltgeräten schnell aufwendig wird. Andererseits stellt das Schutzschaltgerät zu jeder Zeit einen sicheren Zustand des Niederspannungsstrom- kreises her. Wenn es im Betriebsspannungsbereich ist, sind die Schutzfunktionen des Schutzschaltgerätes durch das Schutzschaltgerät sichergestellt. Wenn die Spannung des Nie- derspannungsstromkreises unterhalb des Betriebsspannungsbe- reichs des Schutzschaltgerätes fällt, wird ein hochohmiger Zustand hergestellt, so dass eine ungeschützte gefährliche Spannung (auch wenn sie kleiner als die Nennspannung ist) im Niederspannungsstromkreises nicht anliegen kann. Wird der spannungsvermindernde Zustand wieder verlassen, d.h. liegt z .B . die Spannung im Betriebsspannungsbereich, werden die Schutzfunktionen des Schutzschaltgerätes durch das Schutzschaltgerät wieder bereitgestellt. So wird zu j eder Zeit ein sicherer Zustand bereitgestellt. Vorteilhaft kann die (untere) Betriebsspannungsbereichsgrenze angepasst / kon- figuriert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart konfigurierbar, dass das Verhalten des Schutzschaltgerätes nach dem Verlassen des spannungsver- minderten Zustandes einstellbar/konfigurierbar ist. Insbeson- dere ist das Schutzschaltgerät derart konfigurierbar, dass ein niederohmig werden bzw. hochohmig bleiben der elektroni- schen Unterbrechungseinheit nach Verlassen des spannungsver- minderten Zustandes Spannung einstellbar/konfigurierbar ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Benutzer das Ver- halten des Schutzschaltgerätes bewusst konfigurieren kann. Die Einstellung eines „hochohmig bleiben nach Verlassen des spannungsverminderten Zustandes" kann insbesondere für ge- fährliche Anlagen oder sicherheitsgefährdende Anwendungen von Vorteil sein. Die Einstellung „eines niederohmig werden nach Verlassen des spannungsverminderten Zustandes" kann insbeson- dere für Anlagen mit hoher benötigter Anlagenverfügbarkeit von Vorteil sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektroni- sche Unterbrechungseinheit nur dann niederohmig, sofern eine Überprüf ungs funktion einen niederohmigen Zustand der Schalt- elemente zulässt.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass einerseits eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht, wobei beispielsweise ein Gerät mit defekten Schutzfunktionen, bei dem die Überprüf ungs funk- tion einen niederohmigen Zustand nicht zulässt, als stromfüh- rendes und schutzfunktionenübernehmendes Gerät im Stromkreis nicht einschaltet.
Andererseits wird ein völlig neues Betriebskonzept einge- führt, bei der ein Benutzer des Schutzschaltgerätes dieses zwar Zuschalten (d.h. ein Schließen der Kontakte der mechani- sche Trennkontakteinheit durch die mechanische Handhabe) , aber nicht Einschalten (kein niederohmiger Zustand der Schaltelemente der elektronische Unterbrechungseinheit) kann. Ein Einschalten erfolgt ausschließlich durch das Schutz- schaltgerät selbst. Ein Einschalten des Schutzschaltgerätes, d.h. ein Stromfluss im Niederspannungsstromkreis, kann nicht durch den Benutzer erzwungen werden. Insbesondere kann ein Einschalten des Schutzschaltgerätes - auch im fehlerfreien Zustand des Schutzschaltgerätes bzw. im fehlerfreien Fall des Niederspannungsstromkreises ( z .B . kein Kurzschluss) - nicht durch den Benutzer erzwungen werden. Speziell auch nicht nach einem Spannungsausfall bzw. einer Spannungsverminderung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene Kommunikationseinheit vorgesehen, die insbesondere eine Meldung über das niederoh- mig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit nach Ver- lassen des spannungsverminderten Zustandes abgibt.
Ferner kann insbesondere eine Meldung über das hochohmig wer- den der elektronischen Unterbrechungseinheit bei Eintreten des spannungsverminderten Zustandes abgegeben werden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein derartiges Ereignis an eine übergelagerte Steuerung bzw. ein Managementsystem ge- meldet werden kann, so dass eine Information über Spannungs- ausfälle bzw. wiederhergestellte Betriebsbereitschaft / Ener- gieversorgung gegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Anzeigeeinheit zur Informationsanzeige am Schutzschaltgerät vorgesehen, die mit der Steuerungseinheit (SE) verbunden ist. Die Anzeigeeinheit kann insbesondere Schaltzustände des Schutzschaltgerätes anzeigen. Die Anzeigeeinheit kann insbe- sondere eine Meldung über das niederohmig werden der elektro- nischen Unterbrechungseinheit nach Wiederanlegen der Spannung anzeigen.
Die Informationsanzeige kann insbesondere den Schaltzustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) oder/und insbesondere die Stellung der Kontakte der me- chanischen Trennkontakteinheit (MK) anzeigen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Benutzer den Zu- stand des Schutzschaltgerätes schnell erkennen kann, insbe- sondere den Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit. Insbesondere wird vorteilhaft ein Benutzer über ein Verlassen des spannungsverminderten Zustandes bzw. die wiederherge- stellte Betriebsbereitschaft / Energieversorgung am Gerät in- formiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Überprüf ungs funktion einen Selbsttest der Funktionsfähigkeit des Schutzschaltgerätes auf, bei dem mindestens eine Komponente, insbesondere mehrere Kom- ponenten, einer Einheit, insbesondere mehrerer Einheiten, des Schutzschaltgerätes überprüft wird (werden) , und bei Funktions fähigkeit der mindestens einen Komponente, insbesondere mehrerer Komponenten, einer Einheit, insbesondere mehrerer Einheiten, der niederohmige Zustand (der elektronischen Unterbrechungs- einheit) zugelassen wird.
Beispielsweise kann ein Selbsttest der Funktionsfähigkeit mindestens einer Komponente einer Einheit des Schutzschaltge- rätes darin bestehen, dass von der Komponente der Einheit bzw. der Einheit, beispielsweise der Spannungssensoreinheit oder Stromsensoreinheit, an die Steuerungseinheit gelieferte Werte, beispielsweise Werte der ermittelten Höhe der Spannung oder des Stromes, definierte Grenzwerte (obere oder/und un- tere Grenzwerte) nicht überschreiten.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schutzschaltgerät mit fehlerbehafteten bzw. defekten Komponenten bzw. Einheiten nicht eingeschaltet wird (kein Stromfluss durch hochohmige Schaltelemente ermöglicht wird) , so dass eine erhöhte Be- triebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektronische Unterbrechungseinheit hinsichtlich Funktionsfä- higkeit dahingehend überprüft, dass das halbleiterbasierte Schaltelement funktionsfähig ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die elektro- nische Unterbrechungseinheit kurzzeitig eingeschaltet wird, d.h. das halbleiterbasierte Schalt element kurzzeitig niede- rohmig geschaltet wird. Mit kurzzeitig ist hierbei eine be- stimmte Zeitspanne gemeint, insbesondere eine Zeitspanne von kleiner als 1 ms oder kleiner als 5 ms.
Mit kurzzeitig ist ferner ein Zeitbereich des Phasenwinkels der Wechselspannung gemeint, bei dem der momentane Spannungs- wert u (t) der Wechselspannung, insbesondere der Betrag des momentanen Spannungswertes, kleiner als ein bestimmter Span- nungswert ist, beispielsweise kleiner oder gleich 50 Volt ist. D.h. sofern der (Betrag des) momentane Spannungswert (= Momentanwert der Spannung) kleiner als 50 Volt ist, kann für diesen Zeitraum / diese Zeitspanne bzw. einen Teil dieses Zeitraums / diese Zeitspanne, die elektronische Unterbre- chungseinheit für die Überprüfung der Funktionsfähigkeit nie- derohmig geschaltet werden. Die bei diesem kurzzeitigen Ein- schalten ermittelte Höhe des Stromes bzw. die Höhe der Span- nung am lastseitigen Anschluss, beispielsweise durch eine zweite Spannungssensoreinheit, kann ausgewertet werden, um auf eine Funktionsfähigkeit der elektronischen Unterbre- chungseinheit bzw. des halbleiterbasierten Schaltelementes zu schließen. Liegt beim kurzzeitigen Einschalten am lastseiti- gen Anschluss die gleiche Spannungshöhe wie am netzseitigen Anschluss vor, ist beispielsweise die elektronische Unterbre- chungseinheit bzw. des halbleiterbasierten Schaltelementes funktionsfähig (sofern kein Kurzschluss am lastseitigen An- schluss vorliegt) . Zusätzlich kann deshalb eine parallele Auswertung der Höhe des Stromes erfolgen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schutzschaltgerät mit fehlerbehafteter bzw. defekter elektronischer Unterbre- chungseinheit nicht eingeschaltet wird (kein Stromfluss durch hochohmige Schaltelemente ermöglicht wird) , so dass eine er- höhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis er- reicht wird. Weiterhin, dass eine einfache Möglichkeit der Prüfung der Funktionsfähigkeit der elektronischen Unterbre- chungseinheit gegeben ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektronische Unterbrechungseinheit hinsichtlich Funktionsfä- higkeit dahingehend überprüft wird, dass eine Überspannungs- schutzkomponente, wie ein Energy Absorber bzw. Überspannungs- schutzelement, der elektronische Unterbrechungseinheit funk- tionsfähig ist.
Die Überprüfung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die elektronische Unterbrechungseinheit kurzzeitig einge- schaltet wird, d.h. das halbleiterbasierte Schaltelement kurzzeitig niederohmig geschaltet wird, siehe oben. Durch Überwachung der Höhe der Spannung oder/und des Stromes kann eine Überprüfung erfolgen, da eine Überspannungsschutzkompo- nente bei derartigen Schaltvorgängen in der Regel kurzfris- tige Stromflüsse erzeugt, die ausgewertet werden können. Dar- aus kann auf eine Funktionsfähigkeit geschlossen werden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schutzschaltgerät mit fehlerbehafteter bzw. defekter elektronischer Unterbre- chungseinheit nicht eingeschaltet wird (kein Stromfluss durch hochohmige Schaltelemente ermöglicht wird) , so dass eine er- höhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis er- reicht wird. Weiterhin, dass eine einfache Möglichkeit der Prüfung der Funktionsfähigkeit einer Komponente der elektro- nischen Unterbrechungseinheit gegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die (erste) Spannungssensoreinheit hinsichtlich ihrer Funktions- fähigkeit zur Ermittlung der Höhe der Spannung geprüft wird. Dies kann beispielsweise einerseits dadurch erfolgen, dass die (erste) Spannungssensoreinheit Werte der Höhe der Span- nung liefert, die definierte Grenzwerte (obere oder/und un- tere Grenzwerte) nicht überschreitet bzw. in einem erwarteten Wertebereich liegen.
Alternativ kann dies dadurch erfolgen, dass eine zweite Span- nungssensoreinheit vorgesehen ist, beispielsweise die erste Spannungssensoreinheit am netzseitigen Anschluss und eine zweite Spannungssensoreinheit am lastseitigen Anschluss, wo- bei beide Spannungswerte miteinander verglichen werden, ins- besondere bei ausgeschalter / eingeschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (und geschlossenen Kontakten) . Aus ent- sprechenden Abweichungen der Höhen der Spannung, beispiels- weise bei eingeschalteter elektronischer Unterbrechungsein- heit, können Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit zur Er- mittlung der Höhe der Spannung geschlossen werden. Ist bei- spielsweise die Spannungsdifferenz zu hoch, liegt keine Funk- tionsfähigkeit vor.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schutzschaltgerät mit fehlerbehafteter bzw. defekter Spannungssensoreinheit nicht eingeschaltet wird (kein Stromfluss durch hochohmige Schaltelemente ermöglicht wird) , so dass eine erhöhte Be- triebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird. Weiterhin, dass eine einfache Möglichkeit der Prüfung der Funktionsfähigkeit einer Einheit, der Spannungssensoreinheit oder der elektronischen Unterbrechungseinheit gegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Stromsensoreinheit hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit zur Ermittlung der Höhe des Stromes geprüft.
Die Überprüfung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die elektronische Unterbrechungseinheit kurzzeitig einge- schaltet wird, d.h. das halbleiterbasierte Schaltelement kurzzeitig niederohmig geschaltet wird, siehe oben. Durch Überwachung der Höhe des Stromes, insbesondere bei gleichzei- tiger Ermittlung der Höhe der Spannung, kann eine Überprüfung der ermittelten Stromhöhe erfolgen. Liegt der Wert der ermit- telten Stromhöhe in einem erwarteten Wertebereich, liegt z .B . eine Funktionsfähigkeit vor, andernfalls z .B . nicht.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schutzschaltgerät mit fehlerbehafteter bzw. defekter elektronischer Unterbre- chungseinheit nicht eingeschaltet wird (kein Stromfluss durch hochohmige Schaltelemente ermöglicht wird) , so dass eine er- höhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis er- reicht wird. Weiterhin, dass eine einfache Möglichkeit der Prüfung der Funktionsfähigkeit einer Einheit (Komponente (n) einer Einheit) , der Stromsensoreinheit, gegeben ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass die Temperatur des Gerätes, einer Einheit oder/und einer Komponente über- wacht wird. Insbesondere die Überwachung der Temperatur des Mikroprozessors, der halbleiterbasierten Schaltelemente oder anderer Halbleiterelemente ist hierbei von Vorteil. Überschreitet die Temperatur bestimmte Temperaturgrenzwerte, fehlt die Funktionsfähigkeit bzw. ist gefährdet.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schutzschaltgerät mit nicht funktionsfähigen Einheiten oder Komponenten nicht eingeschaltet wird (kein Stromfluss durch hochohmige Schalt- elemente ermöglicht wird) , so dass eine erhöhte Betriebssi- cherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung führt die Überprüf ungs funktion eine Überprüfung mindestens eines, ins- besondere mehrerer oder aller, der nachfolgenden Parameter durch:
- Überprüfung auf Überschreitung des Strom- oder/und Strom- Zeitgrenzwertes,
- Überprüfung auf Überschreitung eines ersten Überspannungs- wertes oder/und höheren zweiten Überspannungswertes oder/und höheren dritten Überspannungswertes, insbesondere am bzw. im Bereich des netzseitigen Anschlusses,
- Überprüfung auf Unterschreitung eines ersten Unterspan- nungswertes, insbesondere am bzw. im Bereich des netzseitigen Anschlusses,
- Überprüfung auf Überschreitung eines ersten Temperatur- grenzwertes oder/und höheren zweiten Temperaturgrenzwertes oder/und höheren dritten Temperaturgrenzwertes,
- Überprüfung auf Parameter des lastseitigen Anschlusses, insbesondere auf Unterschreitung eines lastseitigen ersten oder/und zweiten Widerstandeswertes oder lastseitigen ersten oder/und zweiten Impedanzwertes.
Mit Überspannung bzw. Überspannungswert ist hierbei ein Über- schreiten der gültigen Betriebsspannung gemeint. Nicht ge- meint sind die Höhen von Überspannungsdips, beispielsweise bei so genannten Bursts bzw. Surges, die typischerweise bei 4 kV oder 8 kV liegen können (bei einem 230 Volt bzw. 400 Volt Netz) , so genannte Netz-Überspannungen (d.h. beispielsweise das zehnfache der normativen Spannung des Niederspannungs- stromkreises) .
Insbesondere kann der erste Überspannungswert einen bestimm- ten Prozentsatz höher sein, als der normative Spannungswert. Beispielsweise bei einem normativen Spannungswert von 230 Volt beispielsweise 10 % höher, 230V + 10% .
Insbesondere kann der zweite Überspannungswert einen bestimm- ten höheren Prozentsatz höher sein, als der normative Span- nungswert. Beispielsweise bei einem normativen Spannungswert von 230 Volt beispielsweise 20 % höher, 230V + 20% . Insbesondere kann der dritte Überspannungswert einen bestimm- ten noch höheren Prozentsatz höher sein, als der normative Spannungswert. Beispielsweise bei einem normativen Spannungs- wert von 230 Volt beispielsweise 30 % höher, 230V + 30% . Dies hat den besonderen Vorteil, dass z .B . ein Schutzschalt- gerät an ein Netz mit abweichender normativer Spannung (Be- triebsspannung) oder auf eine Last mit fehlerhaften Parame- tern nicht eingeschaltet wird. So kann z .B . ein fehlender Schutz bei fehlerhaftem Anschluss von z .B . eines 230 Volt Schutzschaltgerätes an z .B . den beiden Phasen mit einer Span- nung von 400 Volt erkannt werden und vermieden werden sowie eine Fehlversorgung einer Last mit zu hoher Spannung vermie- den werden. Ebenso kann eine damit in Zusammenhang stehende potenzielle Zerstörung des Schutzschaltgerätes vermieden wer- den. In analoger Weise kann ein Einschalten auf einen Kurz- schluss vor Zuschalten der vollen Versorgungsspannung erkannt und vermieden werden. In analoger Weise können bei zu gerin- gen Spannungen (ein 230 Volt Gerät im 115 Volt Netz) Probleme und fehlender Schutz vermieden werden. So wird eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird, ab- hängig von der vorhergehenden Implementierung: bei Überschreitung des ersten Überspannungswertes eine Über- spannungsinformation abgegeben, bei Überschreitung des zweiten Überspannungswertes erfolgt ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungsein- heit, bei Überschreitung des dritten Überspannungswertes erfolgt ein öffnen der Kontakte (Freischalten) durch die mechanische Trennkontakteinheit, bei Unterschreitung des ersten Unterspannungswertes wird eine Unterspannungsinformation abgegeben oder/und die elektroni- sche Unterbrechungseinheit bleibt hochohmig (insbesondere bei einem dritten Unterspannungsgrenzwert) , insbesondere sofern die Spannungshöhe größer als ein zweiter Unterspannungswert ist, bei Überschreitung des ersten Temperaturgrenzwertes wird eine Temperaturinformation abgegeben, bei Überschreitung des zweiten Temperaturgrenzwertes erfolgt ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungsein- heit, bei Überschreitung des dritten Temperaturgrenzwertes erfolgt ein öffnen der Kontakte (Freischaltung) , bei Unterschreitung des lastseitigen ersten Widerstandeswer- tes oder lastseitigen ersten Impedanzwertes wird eine Imped- anzinformation abgegeben, oder bei Unterschreitung des lastseitigen zweiten Widerstandeswer- tes oder lastseitigen zweiten Impedanzwertes bleibt die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig. Dies hat den besonderen Vorteil, dass abgestuft definierte Maßnahmen - Warnung - hochohmig bleiben - galvanische Tren- nung - durchgeführt werden, abhängig vom Über- bzw. Unter- schreiten bestimmter definierter Paramater. So wird eine er- höhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis er- reicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei geschlossener (bzw. zugeschalteter) Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
- bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromschwell- wert überschreitet, insbesondere dass der erste Stromschwell- wert für eine erste Zeitspanne überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig und die mecha- nische Trennkontakteinheit bleibt geschlossen.
Ferner kann:
- bei einem ermittelten Strom, der einen zweiten Strom- schwellwert, insbesondere für eine zweite Zeitspanne, über- schreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig werden und die mechanische Trennkontakteinheit geöffnet wer- den.
Ferner kann:
- bei einem ermittelten Strom, der einen dritten Strom- schwellwert überschreitet, sofort bzw. quasi sofort, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig werden. Alter- nativ kann zusätzlich die mechanische Trennkontakteinheit ge- öffnet werden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein abgestuftes Ab- schaltkonzept für ein erfindungsgemäßes Schutzschaltgerät vorliegt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass eine Positionsin- formation der Kontakte (geöffnet/geschlossen) ermittelt wird und an die Steuerungseinheit SE übermittelt wird. Die Positi- onsinformation kann beispielsweise durch einen ersten Positi- onssensor ermittelt werden, der mit der Steuerungseinheit verbunden ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass eine Handhabein- formation der Stellung der Handhabe (geöffnet/geschlossen) ermittelt wird und an die Steuerungseinheit SE übermittelt werden. Die Handhabeinformation kann beispielsweise durch ei- nen zweiten Positionssensor ermittelt werden, der mit der Steuerungseinheit verbunden ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Steuerungseinheit geöffnet, aber nicht geschlossen werden können. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine erhöhte Betriebs- sicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird, insbe- sondere das ein elektronisches Zuschalten aus der Ferne nicht möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine (mechanische) Anzeige der Kontaktstellung der mechani- schen Trennkontakteinheit.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine visuelle Prüfung der Kontaktstellung auch im energielosen Zustand möglich ist. Somit wird eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspan- nungsstromkreis erreicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die mechanische Trennkontakteinheit eine Freiauslösung auf, der- art dass, wenn nach dem Beginn eines Schließvorganges der Kontakte ein öffnen der Kontakte initiiert wird die Kontakte in die öffnende Stellung zurückkehren, auch wenn der Schließ- vorgang weiter aufrechterhalten wird.
Oder anders ausgedrückt, dass die bewegenden Kontakte in die offene Stellung zurückkehren und darin verharren, wenn das öffnen der Kontakte nach dem Beginn des Schließens der Kon- takte eingeleitet wird, auch dann, wenn der Vorgang des Schließens der Kontakte durch die Handhabe aufrechterhalten bleibt.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine erhöhte Betriebs- sicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird. Beim Zuschalten auf einen nicht erkannten (nicht bekannten) Kurz- schluss betätigt der Benutzer die Handhabe der mechanischen Trennkontakteinheit und möchte so die Kontakte schließen. Die Kontakte müssen bei einem Kurzschluss allerdings öffnen, was der Bedienrichtung (dem Schließen der Kontakte durch den Be- diener) entgegensteht. Nur das (schnelle) öffnen der Kontakte entgegen der Bedienrichtung verhindert einen größeren Fehler.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Schutzschaltgerät einen Differenzstromsensor auf, zur Ermitt- lung von Differenzströmen im Niederspannungsstromkreis. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitere Funktiona- lität im Schutzschaltgerät implementiert und realisiert wer- den kann. So kann das Schutzschaltgerät um eine Fehlerstro- merkennungsfunktion erweitert werden. Ein kompaktes vielsei- tiges Schutzschaltgerät steht zur Verfügung.
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen (halbleiterbasierten) Schaltelementen mit den gleichen und weiteren Vorteilen beansprucht.
Das Verfahren für ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit :
- einer Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungs- stromkreises,
- eine durch eine mechanische Handhabe bedienbare mechanische Trennkontakteinheit, so dass ein öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann,
- eine elektronische Unterbrechungseinheit, die stromkreis- seitig in Serie zur mechanischen Trennkontakteinheit geschal- tet ist und die durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann,
- dass die ermittelte Höhe des Stromes mit Stromgrenzwerten verglichen wird und bei Überschreitung der Stromgrenzwerte eine Vermeidung des Stromflusses im Niederspannungsstromkrei- ses initiiert wird, um einen Kurzschlussstrom zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird bei geschlossenen Kontakten des Schutz- schaltgerätes und niederohmiger elektronischer Unterbre- chungseinheit bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustandes des Niederspannungsstromkreises die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig. Nach dem Verlassen des span- nungsverminderten Zustandes wird die elektronische Unterbre- chungseinheit wieder niederohmig. Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Computerprogramm- produkt beansprucht. Das Computerprogrammprodukt umfass Be- fehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Mik- rocontroller diesen veranlassen ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit für ein Schutzschaltge- rät zu veranlassen. Der Mikrocontroller ist Teil des Schutz- schaltgerätes, insbesondere der Steuerungseinheit.
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespei- chert ist, beansprucht.
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Datenträgersig- nal, das das Computerprogrammprodukt überträgt, beansprucht.
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw. 17, als auch rückbezogen ledig- lich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Pa- tentansprüchen, insbesondere auch ein Rückbezug der anhängi- gen Anordnungsansprüche auf den unabhängigen Verfahrensan- spruch, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes, insbesondere eine Verbesserung der Funktionalität eines Schutzschaltgerätes, 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 Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.
Dabei zeigt die Zeichnung:
Figur 1 eine erste Darstellung eines Schutzschaltgerätes,
Figur 2 eine zweite Darstellung eines Schutzschaltgerätes, Figur 3 eine dritte Darstellung eines Schutzschaltgerätes,
Figur 4 eine Darstellung von Zuständen eines Schutzschaltge- rätes,
Figur 5 eine vierte Darstellung eines Schutzschaltgerätes.
Figur 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises mit einem Gehäuse GEH, aufweisend:
- Anschlüsse für Leiter des Niederspannungsstromkreises, ins- besondere erste netzseitige Anschlüsse L1, N1 für eine netz- seitigen, insbesondere energiequellenseitigen, Anschluss EQ des Schutzschaltgerätes SG und zweite lastseitige Anschlüsse L2, N2 für einen lastseitigen, insbesondere energiesenkensei- tigen - im Falle passiver Lasten, Anschluss ES (verbraucher- seitigen Anschluss) des Schutzschaltgerätes SG, wobei spezi- ell phasenleiterseitige Anschlüsse L1, L2 und neutralleiter- seitige Anschlüsse N1, N2 vorgesehen sein können; der lastseitige Anschluss L2, N2 kann eine passive Last (Ver- braucher) oder/und eine aktive Last ( (weitere) Energiequelle) aufweisen, bzw. eine Last, die sowohl passiv als auch aktiv sein kann, z .B . in zeitlicher Abfolge;
- eine (erste) Spannungssensoreinheit SU, zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises, so dass insbesondere momentane (phasenwinkelbezogene) Spannungswerte DU vorliegen,
- eine Stromsensoreinheit SI, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, derart das insbeson- dere momentane (phasenwinkelbezogene) Stromwerte DI vorlie- gen,
- eine, insbesondere durch eine mechanische Handhabe bedien- bare und schaltbare, mechanische Trennkontakteinheit MK, so dass ein öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflus- ses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis (durch die Handhabe) schaltbar ist, damit ist (insbesondere) eine galvanische Trennung im Nieder- spannungsstromkreis schaltbar; bei der mechanischen Trennkontakteinheit MK wird ein öffnen von Kontakten auch als Freischalten und ein Schließen von Kontakten als Zuschalten bezeichnet;
- eine elektronische Unterbrechungseinheit EU, die strom- kreisseitig in Serie zur mechanischen Trennkontakteinheit ge- schaltet ist und die durch halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses und einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist; bei der elektronische Unterbrechungseinheit EU wird ein hochohmiger Zustand der Schaltelemente ( zur Vermeidung eines Stromflusses) auch als ausgeschalteter Zustand (Vorgang: Aus- schalten) und ein niederohmiger (leitender) Zustand der Schaltelemente ( zum Stromfluss) als eingeschalter Zustand (Vorgang: Einschalten) bezeichnet;
- eine Steuerungseinheit SE, die mit der (ersten) Spannungs- sensoreinheit SU, der Stromsensoreinheit SI, der mechanischen Trennkontakteinheit MK und der elektronischen Unterbrechungs- einheit EU verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Strom- grenzwerten oder Strom-Zeitgrenzwerten (d.h. wenn ein Strom- grenzwert für eine bestimmte Zeitspanne überschritten wird) eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstrom- kreises initiiert wird, insbesondere um einen Kurzschluss- strom zu vermeiden.
Die netzseitigen Anschlüsse L1, N1 sind im Beispiel einerseits mit der mechanische Trennkontakteinheit MK verbunden. Die me- chanische Trennkontakteinheit MK ist andererseits mit der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden. Die elekt- ronischen Unterbrechungseinheit EU ist andererseits mit den lastseitigen Anschlüssen L2, N2 verbunden. Es kann aber auch die elektronische Unterbrechungseinheit EU netzseitig und die mechanische Trennkontakteinheit MK lastseitig angeordnet sein. Die mechanische Trennkontakteinheit und die elektronische Un- terbrechungseinheit EU sind als Serienschaltung vorgesehen. Die (erste) Spannungssensoreinheit SU und die Stromsensorein- heit SI sind zwischen mechanischer Trennkontakteinheit MK und elektronischer Unterbrechungseinheit EU angeordnet.
Eine zweite Spannungssensoreinheit (SU2 ) kann zwischen elekt- ronischer Unterbrechungseinheit EU und den lastseitigen An- schlüssen L2, N2 angeordnet sein.
Das Schutzschaltgerät SG kann eine Energieversorgung mit ei- nem Netzteil NT aufweisen (in Figur 1 nicht eingezeichnet) . Das Netzteil NT ist einerseits mit den Leitern des Nieder- spannungsstromkreises verbunden, bevorzugt mit den Leitern zwischen mechanischen Trennkontaktsystem MK und elektroni- scher Unterbrechungseinheit EU. Das Netzteil NT dient ande- rerseits zur Energieversorgung der Steuerungseinheit SE oder/und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU sowie gegebenenfalls des ersten (oder/und zweiten) Spannungssensors SU oder/und Stromsensors SI .
Die mechanische Trennkontakteinheit kann derart ausgestaltet sein, dass eine Positionsinformation der Kontakte (geöff- net/geschlossen) ermittelt wird und an die Steuerungseinheit SE übermittelt wird, beispielsweise durch ein Positionssignal POSI (siehe Figur 2 ) . Die Positionsinformation kann bei- spielsweise durch einen ersten Positionssensor ermittelt wer- den, der insbesondere in oder an der mechanischen Trennkon- takteinheit vorgesehen ist, der mit der Steuerungseinheit verbunden ist.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Handhabeinformation der Stellung der Handhabe (geöf fnet/geschlossen) ermittelt werden und an die Steuerungseinheit SE übermittelt werden (durch Handhabepositionssignal (nicht engezeichnet) ) . Die Handha- beinformation kann beispielsweise durch einen zweiten Positi- onssensor ermittelt werden, der mit der Steuerungseinheit verbunden ist.
Das Schutzschaltgerät SG, insbesondere die Steuerungseinheit SE, kann einem Mikrocontroller (= Mikroprozessor) aufweisen, auf dem ein Computerprogrammprodukt läuft, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch den Mikrocontroller diesen veranlassen nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektronische Unterbre- chungseinheit niederohmig werden zu lassen. Weiterhin eine Konfigurierbarkeit zu ermöglichen oder/und eine Überprüfungs- funktion (wie vorstehend und nachfolgend beschrieben) für ein Schutzschaltgerät durchzuführen.
Das Computerprogrammprodukt kann vorteilhaft auf einem compu- terlesbaren Speichermedium; wie ein USB-Stick, CD-ROM, etc. ; gespeichert sein, um z .B . ein Upgrade auf eine erweiterte Version zu ermöglichen.
Das Computerprogrammprodukt kann alternativ auch vorteilhaft durch ein Datenträgersignal übertragen werden.
Die Steuerungseinheit SE kann:
* mit einer digitalen Schaltung, z .B . mit einem (weiteren) Mikroprozessor, realisiert sein; der (weitere) Mikroprozessor kann auch einen Analog-Teil enthalten;
* mit einer digitalen Schaltung mit analogen Schaltungsteilen realisiert sein.
Das Schutzschaltgerät SG, insbesondere die Steuerungseinheit SE, ist derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung von Stromgrenzwerten oder Strom-Zeitgrenzwerten (d.h. wenn ein Stromgrenzwert für eine bestimmte Zeitspanne überschritten wird) eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungs- stromkreises initiiert wird, insbesondere um einen Kurz- schlussstrom zu vermeiden. Dies wird insbesondere dadurch er- reicht, dass die elektronische Unterbrechungseinheit EU vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand wechselt.
Die Initiierung der Vermeidung eines Stromflusses des Nieder- spannungsstromkreises erfolgt beispielsweise durch ein erstes Unterbrechungssignal TRIP, dass von der Steuerungseinheit SE an die elektronische Unterbrechungseinheit EU gesendet wird, wie in Figur 1 eingezeichnet. Die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist gemäß Figur 1 als Block in beiden Leitern eingezeichnet. Damit ist in einer ersten Variante keine Unterbrechung beider Leiter gemeint. Mindestens ein Leiter, insbesondere der aktive Leiter respek- tive Phasenleiter, weist halbleiterbasierte Schaltelemente auf. Der Neutralleiter kann schaltelementefrei sein, d.h. ohne halbleiterbasierte Schaltelemente. D.h. der Neutrallei- ter ist direkt verbunden, d.h. wird nicht hochohmig. D.h. es erfolgt nur eine einpolige Unterbrechung (des Phasenleiters) . Sind weitere aktive Leiter / Phasenleiter vorgesehen, weisen in einer zweiten Variante der elektronischen Unterbrechungs- einheit EU die Phasenleiter halbleiterbasierten Schaltele- mente auf. Der Neutralleiter ist direkt verbunden, d.h. wird nicht hochohmig. Beispielsweise für einen Dreiphasen-Wechsel- stromkreis.
In einer dritten Variante der elektronischen Unterbrechungs- einheit EU kann der Neutralleiter ebenfalls ein halbleiterba- siertes Schaltelement aufweisen, d.h. bei einer Unterbrechung der elektronischen Unterbrechungseinheit EU werden beide Lei- ter hochohmig.
Die elektronische Unterbrechungseinheit EU kann Halbleiter- bauelemente wie Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren (FET) , Isolated Gate Bipolartransistoren ( IGBT) , Metall Oxid Schicht Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder andere (selbst- geführte) Leistungshalbleiter aufweisen. Insbesondere IGBT' s und MOSFET' s eignen sich auf Grund geringer Durchflusswider- stände, hoher Sperrschichtwiderstände und eines guten Schalt- verhaltens besonderes gut für das erfindungsgemäße Schutz- schaltgerät.
Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann in einer ersten Variante einpolig unterbrechen. D.h. es wird nur ein Leiter der beiden Leiter, insbesondere der aktive Leiter respektive Phasenleiter unterbrochen, d.h. weist einen mechanischen Kon- takt auf . Der Neutralleiter ist dann kontaktfrei, d.h. der Neutralleiter ist direkt verbunden. Sind weitere aktive Leiter / Phasenleiter vorgesehen, weisen in einer zweiten Variante die Phasenleiter mechanische Kon- takte des mechanischen Trennkontaktsystems auf. Der Neutral- leiter ist in dieser zweiten Variante direkt verbunden. Bei- spielsweise für einen Dreiphasen-Wechselstromkreis.
In einer dritten Variante des mechanischen Trennkontaktsystem MK weist der Neutralleiter ebenfalls mechanische Kontakte auf, wie in Figur 1 eingezeichnet.
Mit mechanischer Trennkontakteinheit MK ist insbesondere eine (normgerechte) Trennfunktion gemeint, realisiert durch die Trennkontakteinheit MK. Mit Trennfunktion sind die Punkte : -Mindest lüft strecke nach Norm (Mindes tabstand der Kontakte) , -Kontaktstellungsanzeige der Kontakte des mechanischen Trenn- kontaktsystem, -Betätigung des mechanischen Trennkontaktsystem immer möglich (keine Blockierung des Trennkontaktsystems) , gemeint.
Hinsichtlich der Mindestluftstrecke zwischen den Kontakten des Trennkontaktsystem ist diese im Wesentlichen spannungsab- hängig. Weitere Parameter sind der Verschmutzungsgrad, die Art des Feldes (homogen, inhomogen) , und der Luftdruck bzw. die Höhe über Normalnull.
Für diese Mindestluftstrecken bzw. Kriechstrecken gibt es entsprechende Vorschriften bzw. Normen. Diese Vorschriften geben beispielsweise bei Luft für eine Stoßspannungsfestig- keit die Mindestluftstrecke für ein inhomogenes und ein homo- genes (ideales) elektrisches Feld in Abhängigkeit vom Ver- schmutzungsgrad an. Die Stoßspannungsfestigkeit ist die Fes- tigkeit beim Anlegen einer entsprechenden Stoßspannung. Nur bei Vorliegen dieser Mindestlänge (Mindeststrecke) weist das Trennkontaktsystem bzw. Schutzschaltgerät eine Trennfunktion (Trennereigenschaft) auf.
Im Sinne der Erfindung sind hierbei für die Trennerfunktion und deren Eigenschaften die Normenreihe DIN EN 60947 bzw. IEC 60947 einschlägig, auf die hier durch Referenz Bezug genommen wird.
Das Trennkontaktsystem ist vorteilhafterweise durch eine Min- destluftstrecke der geöffneten Trennkontakte in der Aus- stellung (Geöffnet Stellung, geöffnete Kontakte) in Abhängig- keit von der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit und dem Ver- schmutzungsgrad gekennzeichnet. Die Mindestluftstrecke be- trägt insbesondere zwischen (im Minimum) 0, 01 mm und 14 mm. Insbesondere beträgt vorteilhafterweise die Mindestluftstre- cke zwischen 0, 01 mm bei 0, 33 kV und 14 mm bei 12 kV, insbe- sondere für Verschmutzungsgrad 1 sowie insbesondere für inho- mogene Felder.
Vorteilhafterweise kann die Mindestluftstrecke die folgenden Werte aufweisen:
E DIN EN 60947-1 (VDE 0660-100):2018-06
Tabelle 13 - Mindestluftstrecken
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Die Verschmutzungsgrade und Feldarten entsprechen den in den Normen definierten. Dadurch lässt vorteilhafterweise ein ent- sprechend der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit dimensionier- tes normgerechtes Schutzschaltgerät erzielen.
Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann alternativ oder zusätzlich durch die Steuerungseinheit SE angesteuert werden, um bei Überschreitung von Stromgrenzwerten oder Strom-Zeit- grenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Nieder- spannungsstromkreises zu initiieren. Speziell wird hierbei ggfs . eine galvanische Trennung herbeiführt. Die Initiierung der Vermeidung eines Stromflusses bzw. eine ggfs. galvani- schen Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises erfolgt beispielsweise durch ein zweites Unterbrechungssignal TRIPG, dass von der Steuerungseinheit SE zum mechanisches Trennkon- taktsystem MK gesendet wird, wie in Figur 1 eingezeichnet. Insbesondere kann das öffnen der Kontakte durch die Handhabe nicht blockiert werden, d.h. auch bei blockierter Handhabe (Schließen der Kontakte) werden die Kontakte geöffnet (so ge- nannte freie Auslösung / Freiauslösung) .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei einer ermittel- ten Stromhöhe, die den zweiten Stromschwellwert überschrei- tet, eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises ini- tiiert werden, insbesondere durch die mechanische Trennkon- takteinheit MK.
Der zweite Stromschwellwert entspricht beispielsweise den normgemäßen Strom- (Zeit-) Grenzwerten, d.h. den I- (t— ) Kennli- nien für Schutzgeräte, beispielsweise gemäß Norm IEC 60947 oder IEC 60898. Die gewählten Strom- (Zeit-) Grenzwerte wählt der Fachmann gemäß der vorliegenden Anwendung / Applikation.
Analog kann der dritte Stromschwellwert beispielsweise gemäß normgemäßen Strom-Zeit-Grenzwerten gewählt werden, d.h. den I-t-Kennlinien für Schutzgeräte, beispielsweise gemäß Norm IEC 60947 oder IEC 60898. Die gewählten Strom-Zeit-Grenzwerte wählt der Fachmann gemäß der vorliegenden Anwendung / Appli- kation. Das Schutzschaltgerät SG ist erfindungsgemäß derart ausge- staltet, dass die elektronische Unterbrechungseinheit EU im freigeschalteten Zustand, d.h. wenn die Kontakte der mechani- sche Trennkontakteinheit MK geöffnet sind, hochohmig ist. Bedient ein Benutzer des Schutzschaltgerätes SG die mechani- sche Handhabe für einen Einschaltvorgang, um die Kontakte zu schließen, wird, insbesondere nach Schließen der Kontakte (d.h. Zuschalten) , eine Überprüf ungs funktion ausgeführt. Lie- fert die Überprüfungs funktion ein positives Ergebnis, wird die elektronische Unterbrechungseinheit EU niederohmig. An- dernfalls nicht.
D.h. die elektronische Unterbrechungseinheit EU wird erst dann niederohmig, wenn die Überprüfungs funktion einen niede- rohmigen Zustand der Schaltelemente zulässt.
Das Schutzschaltgerät SG ist ferner erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass bei geschlossenen Kontakten des Schutz- schaltgerätes bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustandes des Niederspannungsstromkreis die elektronische Un- terbrechungseinheit hochohmig wird. Nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes wird die elektronische Unter- brechungseinheit wieder niederohmig. D.h. z .B . nach einem Spannungsausfall im Niederspannungsstromkreis wird automa- tisch wieder ein (potentieller) Stromfluss im Niederspan- nungsstromkreis hergestellt, durch ein automatisches niede- rohmig werden der elektronische Unterbrechungseinheit EU.
Das Verhalten des Schutzschaltgerätes nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes kann konfigurierbar sein.
D.h. insbesondere kann ein niederohmig werden bzw. hochohmig bleiben der elektronischen Unterbrechungseinheit nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes konfiguriert werden.
Die Konfiguration kann eine zeitliche Komponente enthalten. Z .B . kann für spannungsverminderten Zustand, der eine erste Zeitdauer unterschreitet, ein niederohmig werden der elektro- nischen Unterbrechungseinheit erfolgen. Bei einem spannungsverminderten Zustand, der eine erste Zeitdauer über- schreitet, bleibt die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig.
Die erste Zeitdauer kann im Minuten- oder einstelligen Stun- denbereich liegen.
Beispielsweise kann die erste Zeitdauer 5 h betragen. Bei- spielsweise kann das niederohmig werden (wiedereinschalten) erlaubt sein, wenn des spannungsverminderten Zustandes „nur" für eine oder einige Minuten oder eine oder einige Stunden vorliegt. Beispielsweise kann der hochohmige Zustand beibe- halten werden, wenn der spannungsverminderte Zustand für mehr als 4 Stunden, 5 h, 6 h, 7 h oder 8 Stunden oder einen Tag oder länger vorliegt.
Vorteilhaft kann nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes, d.h. z .B . nach Beendigung eines Spannungsausfalls, die elektronische Unterbrechungseinheit erst dann niederohmig werden, wenn eine Überprüf ungs funktion einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zulässt.
Das Ereignis des Verlassens des spannungsverminderten Zustan- des kann vorteilhaft am Schutzschaltgerätes durch eine Anzei- geeinheit angezeigt oder/und durch eine Kommunikationseinheit kommuniziert werden. Ebenso kann das Ereignis des Eintretens des spannungsverminderten Zustandes vorteilhaft am Schutz- schaltgerätes durch eine Anzeigeeinheit angezeigt oder/und durch eine Kommunikationseinheit kommuniziert werden.
Die Kommunikationseinheit ist vorteilhaft mit der Steuerungs- einheit verbunden und kann eine drahtgebundene oder/und drahtlose Kommunikation, z .B . über Bluetooth oder WLAN, er- möglichen.
Figur 2 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG gemäß Figur 1, mit dem Unterschied, dass : die elektronische Unterbrechungseinheit EU als einpolig un- terbrechende Einheit ausgestaltet ist, die mechanische Trennkontakteinheit MK als zweipolig unterbrechende Einheit ausgestaltet ist (galvanisch unterbre- chend) , ein Netzteil NT vorgesehen ist, dass zwischen mechanischer Trennkontakteinheit MK und elektronischer Unterbrechungsein- heit EU angeschlossen ist, das Netzteil NT die Steuerungseinheit SE mit Energie versorgt (durch einen Pfeil angedeutet) .
Ferner ist das Positionssignal POSI eingezeichnet.
Figur 3 zeigt eine mögliche äußere Darstellung eines Schutz- schaltgerätes SG gemäß Figur 1 oder 2 . Figur 3 zeigt ein hut- schienenmontierbares Schutzschaltgerät SG mit einer Breite von z .B . 1 TE, 1, 5 bzw. 2 TE mit zweipoligen Anschlüssen (L, N) .
In der Elektroinstallation und im Schaltschrankbau wird die Breite von Einbaugeräten wie Schutzschaltgeräten, Leitungs- schutzschaltern, Fehlerstrom-Schutzschaltern usw. in Tei- lungseinheiten, kurz TE, angegeben. Die Breite einer Tei- lungseinheit beträgt 18 mm. Die Einbaubreite der Geräte soll nach der Norm DIN 43880 : 1988-12 zwischen 17, 5 und 18, 0 mm liegen, oder sich aus der Multiplikation dieser Abmessung mit 0, 5 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon errechnen, also : k x 0, 5 x 18 mm oder k x 0, 5 x 17, 5 mm (mit k = 1, 2, 3, ...) . So hat zum Beispiel ein einpoliger Leitungsschutzschalter eine Breite von 1 TE . Die Einbauten von Elektroinstallations- verteilern sind nach DIN 43871 „Installationskleinverteiler für Einbaugeräte bis 63 A" auf die Teilungseinheiten abge- stimmt, z . B . die Breite von Tragschienen/Hutschienen.
Figur 3 zeigt das Schutzschaltgerät SG mit einer Handhabe HH für die mechanische Trennkontakteinheit MK. Die Handhabe HH der mechanischen Trennkontakteinheit MK ist durch einen Be- nutzer bedienbar, d.h. es kann ein Zuschalten und Freischal- ten erfolgen. Das Schutzschaltgerät SG gemäß Figur 3 weist eine Anzeigeeinheit AE auf, zur Informationsanzeige am Schutzschaltgerät SG. Im Beispiel gemäß Figur 3 ist die An- zeigeeinheit AE in der Handhabe HH integriert. Die Anzeigeeinheit AE weist z .B . (mindestens) eine Leuchtdi- ode/Lichtemitterdiode auf, beispielsweise eine zweifarbige Lichtemitterdiode, die z .B . gelb blinken oder rot leuchten kann. Im Beispiel gemäß Figur 3 ist die Leuchtdiode j e nach Stellung der Handhabe teilweise verdeckt. in Figur 3 sind vier Zustände Z1, Z2, Z3, Z4 des Schütz- schaltgerätes SG dargestellt. Im ersten Zustand Z1 ist das Schutzschaltgerät SG freige- schaltet und ausgeschaltet, d.h. die mechanische Trennkon- takteinheit MK ist geöffnet und die elektronische Unterbre- chungseinheit EU ist hochohmig. Die Anzeigeeinheit AE zeigt beispielsweise einen grünen Zustand an, beispielsweise durch eine farbliche Kennzeichnung, im Beispiel an bzw. im Bereich der Handhabe HH.
In einem zweiten Zustand Z2 ist das Schutzschaltgerät SG zu- geschaltet und ausgeschaltet, d.h. die mechanische Trennkon- takteinheit MK ist geschlossen und die elektronische Unter- brechungseinheit EU ist hochohmig. Allerdings weist das Schutzschaltgerät SG keine Energieversorgung auf, weil bei- spielsweise der elektrischen Niederspannungsstromkreises spannungslos ist. Die Anzeigeeinheit AE zeigt beispielsweise einen gelben Zustand an, beispielsweise durch eine farbliche Kennzeichnung, im Beispiel an bzw. im Bereich der Handhabe HH.
In einem dritten Zustand Z3 ist das Schutzschaltgerät SG zu- geschaltet aber noch ausgeschaltet, d.h. die mechanische Trennkontakteinheit MK ist geschlossen und die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist hochohmig. Das Schutzschaltgerät SG ist (Normalfall) mit Energie versorgt. Allerdings ist das Schutzschaltgerät SG noch nicht eingeschaltet, d.h. Strom im elektrischen Niederspannungsstromkreises kann noch nicht fließen. In diesem Zustand führt das Schutzschaltgerät SG beispielsweise seine Überprüf ungs funktion aus. Die Anzeige- einheit AE zeigt beispielsweise einen blinkenden gelben Zu- stand an, beispielsweise durch eine blinkende Leuchtdiode, im Beispiel an bzw. im Bereich der Handhabe HH, wie in Figur 3 angedeutet. In einem vierten Zustand Z4 ist das Schutzschaltgerät SG zu- geschaltet und eingeschaltet, d.h. die mechanische Trennkon- takteinheit MK ist geschlossen und die elektronische Unter- brechungseinheit EU ist niederohmig. (Das Schutzschaltgerät SG ist (Normalfall) mit Energie versorgt. ) Ein Strom im elektrischen Niederspannungsstromkreises kann fließen. In diesem Zustand hat das Schutzschaltgerät SG beispielsweise seine Überprüf ungs funktion positiv beendet. Die Anzeigeein- heit AE zeigt beispielsweise einen roten Zustand an, bei- spielsweise durch eine rot leuchtende Leuchtdiode/Lichtemit- terdiode, im Beispiel an bzw. im Bereich der Handhabe HH, wie in Figur 3 angedeutet. Nach einem Spannungsausfall und wie- derhergestellten (potentiellen) Stromfluss bzw. Energiefluss kann hier neben oder alternativ zur „roten" Anzeige eine wei- tere Anzeige erfolgen, beispielsweise :
- eine gleichzeitige rote und gelbe Anzeige,
- eine gleichzeitige rote und orange Anzeige.
Figur 4 zeigt eine Darstellung der Zustände Z1, Z2, Z3, Z4 des Schutzschaltgerätes SG. Hierbei sind der zweite und dritte Zustand Z2, Z3 zu einem Modus Control zusammengefasst. D.h. das Schutzschaltgerätes SG weist im Wesentlichen drei Modi auf . Ein erster Modus OFF, bei dem die mechanische Trennkontakteinheit MK geöffnet und die elektronische Unter- brechungseinheit EU hochohmig ist; ein zweiter Modus CONTROL, bei dem die mechanische Trennkontakteinheit MK geschlossen und die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig ist; ein dritter Modus ON, bei dem die mechanische Trennkontakt- einheit MK geschlossen und die elektronische Unterbrechungs- einheit EU niederohmig ist. Ein Wechsel vom ersten Modus OFF zum zweiten Modus CONTROL ist nur manuell durch einen Benutzer durch eine Betätigung BT der Handhabe möglich. Ein Wechsel vom zweiten Modus CONTROL zurück zum ersten Modus OFF ist manuell durch einen Benutzer durch eine Betätigung BT der Handhabe und optional durch die Steuerungseinheit SE möglich. Ein Wechsel vom zweiten Modus CONTROL zum dritten Modus ON und zurück ist nur „automatisch" durch das Schutzschaltgerätes SG selbst möglich, durch einen automati- schen Einschaltvorgang BE (bzw. automatischen Ausschaltvor- gang - beispielsweise bei Erfüllung einer Kurzschlussbedin- gung) . Insbesondere ein Wechsel vom zweiten Modus CONTROL zum dritten Modus ON kann von einem Benutzer nicht erzwungen wer- den.
Im Falle eines Verlassens des spannungsverminderten Zustandes ( z .B . Spannungsausfalles) kehrt das zugeschaltete Schutz- schaltgerät je nach Ausgestaltung automatisch nach Wiederan- legen der Spannung in den niederohmigen Zustand / eingeschal- teten / dritten Zustand ON zurück.
Die Überprüfungs funktion weist einen Selbsttest der Funkti- onsfähigkeit des Schutzschaltgerätes auf . Bei diesem Selbst- test wird mindestens eine Komponente, insbesondere mehrere Komponenten, einer Einheit, insbesondere mehrerer Einheiten, des Schutzschaltgerätes SG überprüft. Bei Funktionsfähigkeit der geprüften Komponenten bzw. Einheiten wird der niederoh- mige Zustand zugelassen.
Ein Selbsttest der Funktionsfähigkeit mindestens einer Kompo- nente einer Einheit des Schutzschaltgerätes kann darin beste- hen, dass von der Komponente der Einheit bzw. der Einheit, beispielsweise der Spannungssensoreinheit oder Stromsensoreinheit, an die Steuerungseinheit gelieferte Werte, beispielsweise Werte der ermittelten Höhe der Spannung oder des Stromes, definierte Grenzwerte (obere oder/und un- tere Grenzwerte) nicht überschreiten.
Ein weiterer Selbsttest kann darin bestehen, dass die elekt- ronische Unterbrechungseinheit kurzzeitig eingeschaltet wird, d.h. das halbleiterbasierte Schaltelement kurzzeitig niede- rohmig geschaltet wird. Mit kurzzeitig ist hierbei eine be- stimmte Zeitspanne gemeint, bei der momentane Spannungswert u (t) der Wechselspannung einen bestimmten Wert, beispiels- weise von 50 Volt, nicht überschreitet. So kann beispiels- weise zum Nulldurchgang der Wechselspannung ( 0° ) für ca. 444 μs / bis 8 ° die Wechselspannung zugeschaltet werden (elektronische Unterbrechungseinheit EU niederohmig) , d.h. bis der momentane Spannungswert maximal 50 Volt erreicht wird.
Alternativ kann auch bei ca . -8 ° (bezogen auf den Nulldurch- gang der Wechselspannung) eingeschaltet werden, der Null- durchgang durchlaufen werden und bei +8 ° wieder ausgeschaltet werden, also für ca. 888 ps . D.h. die Einschalt-Zeitspanne ist kleiner als eine 1 ms, insbesondere kleiner als 0, 9 ms, spezieller etwa 0, 8 ms (oder jeweils die Hälfte, jeweils ab- hängig vom Einschaltzeitpunkt) .
Durch dieses kurzzeitige Einschalten können verschieden Ein- heiten bzw. deren Komponenten geprüft werden:
- die elektronische Unterbrechungseinheit EU,
- die Stromsensoreinheit SI,
- die Spannungssensoreinheit SU.
Für eine weitere Prüfung kann eine zweite Spannungssensorein- heit SU2 vorgesehen sein, die zwischen elektronischer Unter- brechungseinheit EU und lastseitigen Anschluss vorgesehen ist, d.h. am lastseitigen Anschluss, wie in Figur 5 einge- zeichnet. Figur 5 zeigt eine Darstellung eines Schutzschalt- gerätes SG gemäß Figur 2, mit dem Unterschied, dass eine ent- sprechende zweite Spannungssensoreinheit SU2 vorgesehen ist.
Liegt beim kurzzeitigen Einschalten am lastseitigen Anschluss die gleiche Spannungshöhe wie am netzseitigen Anschluss vor, ist beispielsweise die elektronische Unterbrechungseinheit bzw. des halbleiterbasierten Schaltelementes funktionsfähig (sofern kein Kurzschluss am lastseitigen Anschluss vorliegt) .
Alternativ oder zusätzlich kann eine parallele Auswertung der Höhe des Stromes erfolgen.
Aus den ermittelten Strom- und Spannungswerten kann auf eine Funktionsfähigkeit der Einheiten geschlossen werden.
Der Selbsttest des Gerätes kann ferner eine Temperaturmessung aufweisen, beispielsweise des Mikroprozessors oder der halb- leiterbasierten Schaltelemente. Durch eine Temperaturüberwachung am Mikroprozessor ist beispielsweise eine Überprüfung der Steuerungseinheit möglich.
Neben dem Selbsttest des Gerätes kann die Überprüf ungsfunk- tion ferner einen Test des Niederspannungsstromkreises, spe- zieller des lastseitigen oder netzseitigen Anschlusses, auf- weisen. Beispielsweise kann eine Überprüfung mindestens ei- nes, insbesondere mehrerer oder aller, der nachfolgenden Pa- rameter durchgeführt werden:
- Überprüfung auf Überschreitung eines ersten Überspannungs- wertes oder/und höheren zweiten Überspannungswertes oder/und höheren dritten Überspannungswertes, insbesondere am bzw. im Bereich des netzseitigen Anschlusses,
- Überprüfung auf Unterschreitung eines ersten Unterspan- nungswertes, insbesondere am bzw. im Bereich des netzseitigen Anschlusses,
- Überprüfung auf Parameter des lastseitigen Anschlusses, insbesondere auf Unterschreitung eines lastseitigen ersten oder/und zweiten Widerstandeswertes oder lastseitigen ersten oder/und zweiten Impedanzwertes.
Die Überprüfung auf Überspannungs- und Unterspannungswerte kann durch Messungen durch die Spannungssensoreinheit erfol- gen. Die Grenzwerte können wie bereits dargestellt festgelegt werden.
Die Überprüfung auf Parameter des lastseitigen Anschlusses, insbesondere auf Unterschreitung eines lastseitigen ersten oder/und zweiten Widerstandeswertes oder lastseitigen ersten oder/und zweiten Impedanzwertes, können beispielsweise eben- falls durch kurzzeitiges Einschalten der elektronischen Un- terbrechungseinheit und Messungen durch die Spannungs- und Stromsensoreinheit durchgeführt werden. Die ermittelten Werte werden mit den festgelegten ersten bzw. zweiten Widerstands- bzw. Impedanzwerten verglichen.
Abhängig von der Implementierung der zu prüfenden Parameter, d.h. der vorhergehenden Implementierung, kann: bei Überschreitung des ersten Überspannungswertes eine Überspannungsinformation abgegeben (Spannung zu hoch) , bei Überschreitung des zweiten Überspannungswertes erfolgt ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit (Spannungshöhe kritisch) , bei Überschreitung des dritten Überspannungswertes erfolgt ein öffnen der Kontakte (Freischalten) durch die mechanische Trennkontakteinheit (Spannungshöhe gefährlich ( für den weite- ren Betrieb des Gerätes) ) , bei Unterschreitung des ersten Unterspannungswertes wird eine Unterspannungsinformation abgegeben (Gerät arbeits- und schutzfähig, aber „Spannung im Netz zu niedrig" ) , bei Unter- schreitung eines dritten Unterspannungswertes bleibt die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig (Spannung zu gering, Gerät nicht mehr schutzfähig) , insbesondere sofern die Spannungshöhe größer als ein zweiter Unterspannungswert ist (sonst kann keine Anzeige bzw. Aktion erfolgen, da die Spannung zu gering ist) , bei Überschreitung des ersten Temperaturgrenzwertes wird eine Temperatur information abgegeben (erhöhte Temperatur) , bei Überschreitung des zweiten Temperaturgrenzwertes erfolgt ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit (kritische Temperatur) , bei Überschreitung des dritten Temperaturgrenzwertes erfolgt ein öffnen der Kontakte (Freischaltung) (Temperatur zu hoch ( für sicheren Betrieb des Gerätes) ) , bei Unterschreitung des lastseitigen ersten Widerstandeswer- tes oder lastseitigen ersten Impedanzwertes wird eine Imped- anzinformation abgegeben (niederohmiger Verbraucher - Über- last? ) , oder bei Unterschreitung des lastseitigen zweiten Widerstandeswer- tes oder lastseitigen zweiten Impedanzwertes bleibt die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig (Kurzschluss auf Lastseite) .
So können abgestuft definierte Maßnahmen - Warnung - hochoh- mig bleiben - galvanische Trennung - durchgeführt werden, ab- hängig vom Über- bzw. Unterschreiten bestimmter definierter Paramater, was die Betriebssicherheit im Niederspannungs- stromkreis erhöht. Mit hochohmig ist ein Zustand gemeint, bei dem nur noch ein Strom vernachlässigbarer Größe fließt. Insbesondere sind mit hochohmig Widerstandswerte von größer als 1 Kiloohm, besser größer als 10 Kiloohm, 100 Kiloohm, 1 Megaohm, 10 Megaohm, 100 Megaohm, 1 Gigaohm oder größer gemeint.
Mit niederohmig ist ein Zustand gemeint, bei dem der auf dem Schutzschaltgerät angegebene Stromwert fließen könnte . Insbesondere sind mit niederohmig Widerstandswerte gemeint, die kleiner als 10 Ohm, besser kleiner als 1 Ohm, 100 Milli- ohm, 10 Milliohm, 1 Milliohm oder kleiner sind.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und an- dere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet wer- den, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Schutzschaltgerät (SG) zum. Schutz eines elektrischen Nie- derspannungsstromkreis aufweisend:
- ein Gehäuse mit netzseitigen und lastseitigen Anschlüssen (L1, N1, L2, N2 ) für Leiter des Niederspannungsstromkreises,
- eine Spannungssensoreinheit (SU) , zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises,
- eine Stromsensoreinheit (SI) , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises,
- eine mechanische Trennkontakteinheit (MK) , so dass ein öff- nen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspan- nungsstromkreis schaltbar ist,
- eine elektronische Unterbrechungseinheit (EU) , die strom- kreisseitig in Serie zur mechanischen Trennkontakteinheit (MK) geschaltet ist und die durch halbleiterbasierte Schalt- elemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zu- stand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungs- stromkreis schaltbar ist,
- einer Steuerungseinheit (SE) , die mit der Spannungs- sensoreinheit (SU) , der Stromsensoreinheit (SI) , der mechani- schen Trennkontakteinheit (MK) und der elektronischen Unter- brechungseinheit (EU) verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung ei- nes Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät (SG) derart ausgestaltet ist, dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes und niederohmiger elektronischer Unterbrechungseinheit bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustandes des Nieder- spannungsstromkreises die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und dass nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektronische Unterbrechungseinheit wieder niederohmig wird.
2. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsverminderte Zustand ein spannungsloser bzw. annähernd spannungsloser Zustand des Niederspannungsstrom- kreises ist oder dass die Obergrenze des spannungsvermindernden Zustandes kleiner oder gleich der Untergrenze des Betriebsspannungsbe- reiches des Schutzschaltgerätes ist.
3. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät (SG) derart ausgestaltet ist, dass ab der Obergrenze des spannungsvermindernden Zustandes eine Ermittlung auf Überschreitung der Strom- oder/und Strom- Zeitgrenzwerte möglich ist.
4. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Pa- tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Eintreten des spannungsverminderten Zustandes des Niederspannungsstromkreises die elektronische Unterbre- chungseinheit hochohmig wird, bevor eine netzspannungsabhän- gige Funktionsfähigkeit des Schutzschaltgerätes aussetzt oder /und dass nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektronische Unterbrechungseinheit erst dann wieder nie- derohmig wird, nachdem eine netzspannungsabhängige Funktions- fähigkeit des Schutzschaltgerätes eingesetzt hat.
5. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Pa- tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhalten des Schutzschaltgerätes nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes konfigurierbar ist, ins- besondere dass ein niederohmig werden bzw. hochohmig bleiben der elektronischen Unterbrechungseinheit nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes konfigurierbar ist.
6. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Pa- tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinheit zur Informationsanzeige am Schutz- schaltgerät vorgesehen ist, die mit der Steuerungseinheit (SE) verbunden ist, dass die Informationsanzeige insbesondere den Schaltzustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) oder/und insbesondere die Stellung der Kontakte der me- chanischen Trennkontakteinheit (MK) anzeigt.
7. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Pa- tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektronische Unterbrechungseinheit niederohmig wird, so- fern eine Überprüfungs funktion einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zulässt.
8. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüf ungs funktion einen Selbsttest der Funktions- fähigkeit des Schutzschaltgerätes aufweist, bei dem mindestens eine Komponente, insbesondere mehrere Kom- ponenten, einer Einheit, insbesondere mehrerer Einheiten, des Schutzschaltgerätes überprüft wird, und bei Funkt ions fähigkeit der mindestens einen Komponente, insbesondere mehrerer Komponenten, einer Einheit, insbesondere mehrerer Einheiten, der niederohmige Zustand zugelassen wird.
9. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) hinsicht- lich Funktionsfähigkeit dahingehend überprüft wird, dass das halbleiterbasierte Schaltelement funktionsfähig ist.
10. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungssensoreinheit (SU) hinsichtlich ihrer Funk- tionsfähigkeit zur Ermittlung der Höhe der Spannung geprüft wird oder/und dass die Stromsensoreinheit (SI ) hinsichtlich ihrer Funkti- onsfähigkeit zur Ermittlung der Höhe des Stromes geprüft wird.
11. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Pa- tentansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüf ungs funktion eine Überprüfung mindestens ei- nes, insbesondere mehrerer oder aller, der nachfolgenden Pa- rameter durchführt :
- Überprüfung auf Überschreitung des Strom- oder/und Strom- Zeitgrenzwertes,
- Überprüfung auf Überschreitung eines ersten Überspannungs- wertes oder/und zweiten Überspannungswertes oder/und dritten Überspannungswertes,
- Überprüfung auf Unterschreitung eines ersten Unterspan- nungswertes,
- Überprüfung auf Überschreitung eines ersten Temperatur- grenzwertes oder/und zweiten Temperaturgrenzwertes oder/und dritten Temperaturgrenzwertes,
- Überprüfung auf Parameter des lastseitigen Anschlusses, insbesondere auf Unterschreitung eines lastseitigen ersten oder/und zweiten Widerstandeswertes oder lastseitigen ersten oder/und zweiten Impedanzwertes.
12. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung des ersten Überspannungswertes eine
Überspannungsinformation abgegeben wird, dass bei Überschreitung des zweiten Überspannungswertes ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit er- folgt, dass bei Überschreitung des dritten Überspannungswertes ein öffnen der Kontakte erfolgt, dass bei Unterschreitung des ersten Unterspannungswertes eine Unterspannungsinformation abgegeben wird oder/und die elekt- ronische Unterbrechungseinheit hochohmig bleibt, insbesondere sofern die Spannungshöhe größer als ein zweiter Unterspan- nungswert ist, dass bei Überschreitung des ersten Temperaturgrenzwertes eine Temperaturinformation abgegeben wird, dass bei Überschreitung des zweiten Temperaturgrenzwertes ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit er- folgt, dass bei Überschreitung des dritten Temperaturgrenzwertes ein öffnen der Kontakte erfolgt, dass bei Unterschreitung des lastseitigen ersten Widerstan- deswertes oder lastseitigen ersten Impedanzwertes eine Imped- anzinformation abgegeben wird, dass bei Unterschreitung des lastseitigen zweiten Widerstan- deswertes oder lastseitigen zweiten Impedanzwertes die elekt- ronische Unterbrechungseinheit hochohmig bleibt.
13. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Pa- tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
- bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromschwell- wert überschreitet, insbesondere dass der erste Stromschwell- wert für eine erste Zeitspanne überschritten wird, die elekt- ronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mecha- nische Trennkontakteinheit (MK) geschlossen bleibt,
- bei einem ermittelten Strom, der einen zweiten Strom- schwellwert, insbesondere für eine zweite Zeitspanne, über- schreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöffnet wird,
- bei einem ermittelten Strom, der einen dritten Strom- schwellwert überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöffnet wird.
14. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Pa- tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät (SG) derart ausgestaltet ist, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Steuerungseinheit (SE) geöffnet, aber nicht geschlossen wer- den können, insbesondere kann das öffnen der Kontakte durch eine Handhabe nicht blockiert werden.
15. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Pa- tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch eine me- chanische Handhabe bedienbar ist, so dass ein öffnen von Kon- takten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstrom- kreis durch die Handhabe schaltbar ist.
16. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Pa- tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät (SG) derart ausgestaltet ist, dass eine Positionsinformation der Kontakte ermittelt wird, insbe- sondere durch einen, insbesondere mit der Steuerungseinheit verbundenen, Positionssensor, und an die Steuerungseinheit SE übermittelt wird.
17. Verfahren für ein Schutzschaltgerät (SG) zum. Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit :
- einer Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungs- stromkreises,
- einer mechanischen Trennkontakteinheit, so dass ein öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann,
- eine elektronische Unterbrechungseinheit, die stromkreis- seitig in Serie zur mechanischen Trennkontakteinheit geschal- tet ist und die durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann,
- dass die ermittelte Höhe des Stromes mit Stromgrenzwerten verglichen wird und bei Überschreitung der Stromgrenzwerte eine Vermeidung des Stromflusses im Niederspannungsstromkrei- ses initiiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes und niederohmiger elektronischer Unterbrechungseinheit bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustandes des Nieder- spannungsstromkreises die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und dass nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektronische Unterbrechungseinheit wieder niederohmig wird.
18. Verfahren nach Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konfiguration des Verhaltens des Schutzschaltgerä- tes vorgenommen werden kann, insbesondere für das Verhalten nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes, insbesondere, dass ein niederohmig werden bzw. hochohmig bleiben der elektronischen Unterbrechungseinheit nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes konfiguriert werden kann.
19. Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Mikrocontroller diesen veranlassen ein niederohmig werden der elektronischen Unter- brechungseinheit für ein Schutzschaltgerät nach einem der Pa- tentansprüche 1 bis 16 durchzuführen.
20. Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerpro- grammprodukt nach Patentanspruch 19 gespeichert ist.
21. Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt nach Patentanspruch 19 überträgt.
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