DE102008004870A1 - Mit einem Schutzschalter mechanisch koppelbares Modul - Google Patents

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Abstract

Ein an sich bekanntes Fehlerstromschutzmodul (20) ist mit einem Leitungsschutzschalter (18) koppelbar. Ein Summenstromwandler (34) erfasst das Auftreten eines Fehlerstroms und bewirkt eine Betätigung einer mechanischen Auslöseeinrichtung (40), die über eine hierzu passende mechanische Auslöseeinrichtung (72, 72') des Leitungsschutzschalters (18) ein Öffnen von dessen Trennkontakten (28, 28') bewirkt. Dieser Aufbau wird nun um eine Funktionalität zum Schutz eines Stromkreises vor Lichtbögen erweitert. Mittel zum Erfassen, ob ein Lichtbogen auftritt, werden in das Fehlerstromschutzmodul (20) integriert. In dem Modul (20) wird durch eine Steuereinrichtung (58) ein Schalter (46) betätigt, durch dessen Schließen ein solcher Strom fließt, dass der Summenstromwandler (34) wie bei einem Fehlerstrom reagiert und es zu einem Auslösen der Trennkontakte (28, 28') des Leitungsschutzschalters (18) über die Auslösemechanismen (40, 72, 72') kommt.

Description

  • Die Erfindung befasst sich mit dem Schutz vor in einem Stromkreis auftretenden Lichtbögen.
  • Ein Lichtbogen kann in einem Stromkreis z. B. auftreten, wenn ein Lichtschalter defekt ist und der Abstand zwischen zwei Kontakten des Lichtschalters zu klein ist, als dass der Stromfluss unterbrochen werden könnte. Dann bildet sich eben zwischen den zwei Kontakten ein Lichtbogen aus. Neben einem im Stromkreis in Serie sich ausbildenden Lichtbogen kann der Lichtbogen auch zwischen Phase und Neutralleiter des Stromkreises entstehen. Treten Lichtbögen auf, so erhöht sich die Temperatur der umliegenden Bauteile, und es kann ein Brand entstehen.
  • Es ist daher sinnvoll, eine Einrichtung bereitzustellen, mit der ein Schutz vor Lichtbögen gewährleistet ist. In den USA, in denen die so genannte UL-Technik (Underwriters laboratories, Norm mit 110 V Netzspannung) verwendet wird, sind derartige Einrichtung sogar vorgeschrieben. Dort werden Lichtbogenschutzschalter eingesetzt, und zwar erfassen diese anhand vorbestimmter Kriterien, ob ein Lichtbogen in dem Stromkreis vorliegt und weisen selbst einen Trennkontakt auf, der im Falle des Vorliegens eines Lichtbogens geöffnet wird. Die in Lichtbogenschutzschaltern verwendeten Prinzipien sind in US-Patent 5,729,145 und US-Patent 6,031,699 beschrieben. In den europäischen Ländern, in denen die IEC-Technik (International Electrotechnical Commission, Norm mit einer Spannung von 230 V) eingesetzt wird, sind Lichtbogenschutzschalter nicht zwingend vorgeschrieben. Stromkreise in IEC-Technik sind mit Leitungsschutzschalter und Fehlerschutzstromschalter geschützt. Manchmal wird ein Leitungsschutzschalter mit einem Fehlerstromschutzmodul verbunden, das keine eigenen Trennkontakte aufweist. Sollte zu diesen Einheiten noch ein eigener Lichtbogenschutzschalter hinzutreten, wäre dies mit einem hohen Aufwand verbunden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schutz von Stromkreisen, insbesondere solchen in IEC-Technik, vor Lichtbögen zu ermöglichen, ohne dass ein übermäßiger Aufwand getrieben wird.
  • Die Aufgabe wird durch ein mit einem Schutzschalter mechanisch koppelbares Modul mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 8 gelöst.
  • Die Erfindung besteht in der Erweiterung eines so genannten Fehlerstromschutzschaltermoduls. Während ein Schutzschalter in den zu schützenden Stromkreis geschaltet wird und Trennkontakte aufweist, die dazu dienen, besagten Stromkreis zu unterbrechen, nutzt ein mit einem solchen Schutzschalter mechanisch koppelbares Modul zum Unterbrechen des Stromkreise eben die Trennkontakte des Schutzschalters. Ein solches Modul muss zunächst einmal im Falle eines Fehlerstroms auf diese Trennkontakte einwirken, und hierzu muss durch das Modul ein solcher Fehlerstrom überhaupt erfassbar sein. Dies ist nur möglich, wenn auch das Modul, so wie eben der Schutzschalter, in den Stromkreis geschaltet wird. Hierzu weist es für jeden Leiter des Stromkreises (Phase oder Nullleiter bzw. drei Phasen und Nullleiter) einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss auf, wobei diese paarweise über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Ein Fehlerstrom ist dadurch erkennbar, dass in einer Hinrichtung ein Strom fließt, dieser aber nicht mehr über die Rückrichtung in dem Stromkreis zurückfließt, sondern anderweitig abfließt. Der Fehlerschutzstromschalter umfasst nun geeignete Mittel, nämlich solche die genau für eine Fehlerstromschutzfunktion bereitgestellt sind, die bei einer einen Grenzwert überschreitenden Differenz zwischen der Stromstärke eines durch zumindest eine erste der Verbindungsleitungen in eine Hinrichtung fließenden Stroms einerseits und der Stromstärke eines durch zumindest eine zweite der Verbindungsleitungen in einer Rück richtung fließenden Stroms andererseits zumindest mittelbar (üblicherweise über ein von den Mitteln bewegtes Element, z. B. einen Haltemagneten) auf eine mechanische Auslöseeinrichtung einwirken. Die mechanische Auslöseeinrichtung ist derart gebaut und an dem Modul angeordnet, dass sie bei Kopplung des Moduls mit einem Schutzschalter, der passend hierzu ebenfalls ausgelegt ist, auf diesen einwirkt (und insbesondere dessen Trennkontakte über eine mechanische Auslöseeinrichtung des Schutzschalters öffnet). Fehlerstromschutzmodule umfassen üblicherweise auch Mittel zum wahlweisen Erzeugen eines nur über die zumindest erste oder nur über die zumindest zweite der Verbindungsleitungen fließenden Stroms, wobei vorliegend lediglich derjenige Teilabschnitt der Verbindungsleitungen von Interesse ist, der die für eine Fehlerschutzstromfunktion bereitgestellten Mittel durchläuft, also in einem Erfassungsbereich der für die Fehlerstromfunktion bereitgestellten Mittel bereitgestellt ist. Die Mittel zum wahlweisen Erzeugen eines solchen Strom simulieren nämlich einen Fehlerstrom aus Sicht der für eine Fehlerstromschutzfunktion bereitgestellten Mittel, so dass der Mechanismus des Auslösens auch wahlweise zu Überprüfungszwecken einsetzbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Modul wird den Mitteln zum wahlweisen Erzeugen eine andere Funktion oder zumindest eine Zusatzfunktion gegeben, und zwar wird besagter von den Mitteln zum wahlweisen Erzeugen hervorgerufene Strom außer zum Prüfen vor allem im Fall des Auftretens eines Lichtbogens benutzt. Geeignete Mittel zum Erfassen stellen fest, ob ein Lichtbogen in dem Stromkreis, in den das Modul geschaltet ist, auftritt. Eine entsprechende Information oder entsprechende Signale werden an eine Steuereinrichtung weitergegeben, die mit den Mitteln zum Erfassen gekoppelt ist. Eine Steuereinrichtung kann auch Teil der Mittel zum Erfassen sein und verfügt dann automatisch über besagte Informationen. Die Steuermittel zum wahlweisen Erzeugen sind nun elektrisch ansteuerbar gestaltet, z. B. über ein einfaches Relais. Die Steuereinrichtung ist mit diesen Mitteln zum wahlweisen Erzeugen gekoppelt, z. B. mit besagtem Relais, das zu den Mitteln zum wahlweisen Erzeugen dazugehört. Im Falle des Erkennens des Auftretens eines Lichtbogens in dem zu schützenden Stromkreis werden die Mittel zum wahlweisen Erzeugen aktiviert, es fließt ein Strom, der in den für eine Fehlerstromschutzfunktion bereitgestellten Mitteln dieselbe Wirkung hervorruft wie ein Fehlerstrom, so dass es zum mechanischen Auslösen der Auslöseeinrichtung kommt und ein mit dem Modul gekoppelter Schutzschalter veranlasst wird, seine Trennkontakte zu öffnen.
  • Die Mittel zum Erfassen, ob ein Lichtbogen auftritt, können relativ unaufwändig in einem Fehlerstromschutzmodul bekannter Art vorgesehen werden, wobei weiterhin eine kompakte Bauweise des Moduls gewährleistet ist. Es steht durch eine erfindungsgemäße Erweiterung eines Fehlerstromschutzmoduls um eine Lichtbogenschutzfunktion die Möglichkeit eines Lichtbogenschutzes in einfacher Weise zur Verfügung, und es muss für den Lichtbogenschutz insbesondere kein geeigneter Schutzschalter oder ein geeignetes Modul bereitgestellt werden. Die Lichtbogenschutzfunktion nutzt hierbei ohnehin vorhandene Funktionalitäten des Fehlerstromschutzmoduls.
  • Die Erfindung spiegelt sich auch in einer Anordnung gemäß Patentanspruch 8 wider. Es handelt sich hierbei um eine Reihenschaltung aus einem Leitungsschutzschalter und einem erfindungsgemäßen Modul. Selbstverständlich muss nicht nur das Modul mechanisch an einen Schutzschalter koppelbar sein, sondern umgekehrt muss auch der Leitungsschutzschalter mit dem Modul mechanisch koppelbar gestaltet sein und auch tatsächlich gekoppelt sein. Die Kopplung erfolgt insbesondere über die mechanischen Auslöseeinrichtungen, und zwar sollte bei Kopplung von Modul und Leitungsschutzschalter die Auslöseeinrichtung des Moduls eben auf eine Auslöseeinrichtung des Leitungsschutzschalters einzuwirken ausgelegt sein und im Betrieb, eben bei einem Fehlerstrom oder beim Auftreten eines Lichtbogens, tatsächlich einwirken. Die mechanische Auslöseeinrichtung des Leitungsschutzschalters wiederum sollte zumindest einen Trennkontakt öffnen können, wodurch dann eben der Stromkreis unterbrochen wird, in dem die Reihenschaltung schaltbar bzw. tatsächlich geschaltet ist.
  • Die Mittel zum Erfassen erkennen üblicherweise einen Lichtbogen aufgrund bestimmter Merkmale des Stroms in dem Stromkreis. Strom fließt in dem Stromkreis nun über die Verbindungsleitungen zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des erfindungsgemäßen Moduls, und die Mittel zum Erfassen können an zumindest einer dieser Verbindungsleitungen eben eine Information über den in dem Stromkreis fließenden Strom im Betrieb gewinnen.
  • Eine zum Erfassen, ob ein Lichtbogen in dem Stromkreis auftritt, wichtige Information ist die Amplitude des Stroms. Geeignete Mittel zum Messen dieser Amplitude sollten daher bereitgestellt sein, und diese können einen Stromwandler und einen nachgeschalteten Verstärker umfassen. Der Stromwandler muss lediglich an einer einzigen der Verbindungsleitungen angeordnet sein.
  • Es kann auch anhand des Hochfrequenzrauschens des Stroms erfasst werden, ob ein Lichtbogen im Stromkreis auftritt. Somit umfassen die Mittel zum Erfassen in einer bevorzugten Ausführungsform einen Hochfrequenzempfänger.
  • Zu den Mitteln zum Erfassen gehört bevorzugt auch eine Auswerteeinheit, die bevorzugt eine elektronische Auswerteeinheit ist, und diese empfängt von den Mitteln zum Messen der Amplitude die Messsignale und die Ausgangssignale des HF-Empfängers. Bei Erfüllung bestimmter Kriterien steuert die Auswerteeinheit einen Schalter an. Dieser Schalter kann bei einer Ausführungsform Teil der Mittel zum wahlweisen Erzeugen sein, wobei sich das „wahlweise" dann auf ein Schließen des Schalters bezieht. Die Auswerteeinheit, die als Mikrocontroller ausgebildet sein kann, auf dem ein Algorithmus abläuft, kann nach sehr komplexen Kriterien und Kriterienkombinationen vorgehen. Die beiden Hauptkriterien, anhand derer erfasst werden kann, ob ein Lichtbogen auftritt, bestehen in dem Überschreiten einer bestimmten Amplitude durch den Strom, z. B. wenn die Stromstärke 5 A überschreitet, und in einer pe riodischen Variation des hochfrequenten Rauschens mit dem Strom.
  • In einem Fehlerstromschutzmodul wird als für eine Fehlerstromschutzfunktion bereitgestellte Mittel üblicherweise ein Summenstromwandler verwendet, und die mechanische Auslöseeinrichtung wird eben durch einen im Bereich einer Sekundärwicklung des Summenstromwandlers bereitgestellten Magneten betätigt. „Im Bereich einer Sekundärwicklung bereitgestellt" bedeutet hierbei, dass bei den erwartbaren Amplituden eines Fehlerstroms in der Sekundärwicklung ein bestimmtes Magnetfeld erzeugt wird, und dass der Magnet eben durch ein Magnetfeld einer solchen Höhe bewegbar ist.
  • Die Mittel zum wahlweisen Erzeugen können bei Verwendung eines Summenstromwandlers ganz einfach eine über einen Schalter trennbare Verbindung umfassen, und zwar werden ein Anschluss an einer Verbindungsleitung auf einer Eingangsseite des Summenstromwandlers und ein Anschluss an einer anderen Verbindungsleitung auf einer Ausgangsseite des Summenstromwandlers miteinander verbunden. Der Abschnitt der Verbindungsleitungen vom Eingangsanschluss zum Ausgangsanschluss des Moduls, der von der Eingangsseite zur Ausgangsseite verläuft, ist eben genau der oben genannte Erfassungsbereich des Summenstromwandlers. Der Schalter in der Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen ist genau der Schalter, der in einer bevorzugten Ausführungsform durch die oben genannte Auswerteeinheit betätigt wird.
  • Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die einzige FIG eine erfindungsgemäße Anordnung, nämlich Reihenschaltung, veranschaulicht, bei der ein erfindungsgemäßes Modul mit einem Leitungsschutzschalter gekoppelt ist.
  • Die in der 1 gezeigte Anordnung 10 ist eine Reihenschaltung aus einem Leitungsschutzschalter 18 und einem erfindungsgemäßen Modul 20, und zwar sind diese als Teil eines Stromkreises vorgesehen, um auf den Stromfluss innerhalb diese Stromkreis Einfluss zu nehmen. Die Anordnung wird über Leitungen 12, 12' mit einer Spannungsquelle, üblicherweise dem Versorgungsnetz, gekoppelt. Auf der anderen Seite sind die Verbraucher angekoppelt, vorliegend ist symbolisch der Verbraucher 14 dargestellt. Der bei der Anordnung 10 verwendete Leitungsschutzschalter 18 ist prinzipiell bekannt. Der Leitungsschutzschalter 18 ist Teil der erfindungsgemäßen Anordnung 10, weil das erfindungsgemäße Modul 20 ein Schalten des Leitungsschutzschalters 18 hervorruft.
  • In an sich bekannter Weise weist der Leitungsschutzschalter 18 pro Leitung einen thermischen Auslöser 24 bzw. 24' und einen magnetischen Auslöser 26 bzw. 26' auf. Die thermischen Auslöser 24, 24' sind üblicherweise als Bimetallelemente ausgeführt. Jeder thermische Auslöser 24, 24' soll ein Unterbrechen des Stromkreises, also der Verbindung zwischen den Leitungen 12, 12' einerseits und dem Verbraucher 14 andererseits, bewirken, wenn der fließende Strom dauerhaft eine zu hohe Stromstärke hat. Ein Bimetallelement verbiegt sich aufgrund der ohmschen Wärme bei einem Überstrom. Der thermische Auslöser 24 bzw. 24' wirkt dann auf einen Trennkontakt 28 bzw. 28' ein. Die Trennkontakte 28 bzw. 28' sind in einer Verbindungsleitung zwischen einem Eingangsanschluss 30 bzw. 30' einerseits und einem Ausgangsanschluss 32 bzw. 32' des Leitungsschalters 18 andererseits angeordnet.
  • Die magnetischen Auslöser 26 dienen ebenfalls zum Öffnen der Trennkontakte 28 bzw. 28', und zwar bei einem Kurzschlussstrom. Die magnetischen Auslöser 26, 26' sind in der FIG durch eine Spule symbolisiert, denn üblicherweise induziert der Kurzschlussstrom in jedem magnetischen Auslöser 26, 26' ein Magnetfeld, und dies bewirkt eine Verschiebung eines in den FIG nicht gezeigten mechanischen Elements, das eben auf die Kontakte 28 bzw. 28' einwirkt.
  • Das Modul 20 ist nun in Reihe zu dem Leitungsschutzschalter 18 geschaltet. Hierzu weist das Module 20 jeweils Eingangsan schlösse 48 bzw. 48' und Ausgangsanschlüsse 50 bzw. 50' auf. Eine Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsanschluss 48 und dem Ausgangsanschluss 50 einerseits sowie eine Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsanschluss 48' und dem Ausgangsanschluss 50' andererseits ist dadurch in den Stromkreis schaltbar. Vorliegend ist der Ausgangsanschluss 32 des Leitungsschalters 18 mit dem Eingangsanschluss 48 des Moduls 20 verbunden und der Ausgangsanschluss 32' des Leitungsschalters 18 mit dem Eingangsanschluss 48' des Moduls 20 bzw. 22 verbunden. Hierzu können die in den FIG gezeigten Verbindungsleitungen 52 bzw. 52' eingesetzt werden, es kann aber auch eine direkte Ankopplung durch Verwendung von geeigneten Steckkontakten an dem Leitungsschutzschalter 18 einerseits und dem Modul 20 andererseits erfolgen. Der Verbraucher 14 ist an einer Seite mit dem Ausgangsanschluss 50 des Moduls 20 bzw. 22 und an der anderen Seite mit dem Ausgangsanschluss 50' des Moduls 20 bzw. 22 verbunden.
  • Das Modul 20 ist nichts anderes als ein an sich bekanntes Fehlerstromschutzmodul, das um eine Funktionalität erweitert ist. Im Folgenden wird zunächst die herkömmliche Fehlerstromfunktionalität beschrieben: In dem Modul 20 ist hierzu ein Summenstromwandler 34 vorgesehen. Durch den Summenstromwandler 34 sind beide Verbindungsleitungen, vom Anschluss 48 zum Anschluss 50 einerseits und vom Anschluss 48' zum Anschluss 50' andererseits geführt.
  • Im Regelfall, dass kein Fehlerstrom auftritt, also sämtlicher Strom, der über eine der Leitungen 12 und 12' zugeführt wird, auch über die jeweils andere Leitung der Leitungen 12 und 12' zurückgeführt wird, gleichen sich die Ströme in den beiden Verbindungsleitungen, die durch den Summenstromwandler 34 geführt sind, genau aus, und insbesondere heben sich die durch diese Ströme erzeugten Magnetfelder auf. Sobald ein Fehlerstrom auftritt, wird in dem Summenstromwandler 34 ein Restmagnetfeld induziert. Dieses induziert einen Strom in einer Sekundärwicklung 36 des Summenstromwandlers 34, wodurch ein Haltemagnet 38 bewegt wird, der auf einen Auslösemechanismus 40 einwirkt.
  • Kennzeichen des Auslösemechanismus 40 ist, dass er nur bei einer mechanischen Kopplung des Moduls 20 mit dem Leitungsschutzschalter 18 sinnvoll ist.
  • Von Fehlerstromschutzmodulen ist es bekannt, einen Auslösemechanismus wie den Auslösemechanismus 40 in dem Modul anzuordnen, der mit einem Auslösemechanismus eines Leitungsschutzschalters, der Trennkontakte aufweist, bei vorbestimmten Ausführungen eines solchen Schutzschalters koppelbar ist, damit eben der Auslösemechanismus des Moduls letztlich das Öffnen der Trennkontakte des angekoppelten Schutzschalters bewirkt. Dieses Prinzip ist vorliegend auch bei dem Modul 20 eingesetzt. Der Auslösemechanismus 40 des Moduls ist mit den Auslesemechanismen 72, 72' des Leitungsschutzschalters 18 koppelbar.
  • Bei dem Modul 20 ist auf eigene Trennkontakte verzichtet, und es werden die in einem IEC-System ohnehin vorhandenen Trennkontakte 28, 28' des Leitungsschutzschalters 18 zum Unterbrechen des Stromkreises eingesetzt.
  • Ist die Funktionalität eines Fehlerschutzstromschalters bereitgestellt, ist regelmäßig eine Prüfmöglichkeit vorgesehen. Hierzu ist eine Verbindungsleitung 42 bereitgestellt, und zwar verbindet diese den einen Eingangsanschluss 50' mit dem anderen Eingangsanschluss 50 derart, dass ein fließender Strom den Summenstromwandler 34 nur einfach durchläuft. Vorliegend ist durch die Verbindungsleitung 42 der in der 1 rechte Durchlauf des Summenstromwandlers 34 umgangen, und der Strom fließt lediglich durch den linken Durchlauf, also in dem Abschnitt der Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsanschluss 50 und dem Ausgangsanschluss 48. Damit der Strom über die Verbindungsleitung 42 begrenzt ist, ist ein Widerstandselement 44 vorgesehen. Der Strom soll nicht ständig über die Verbindungsleitung 42 fließen. Daher ist diese durch einen Schalter 46 unterbrochen. Bei herkömmlichen Fehlerstromschutzmodulen ist der Schalter 46 vermittels einer Prüftaste unmittelbar betätigbar. Dies ist vorliegend nicht der Fall, sondern der Schalter 46 wird über ein Relais (in der FIG nicht gezeigt) elektrisch gesteuert. Dies wird für eine Lichtbogenschutzfunktion eingesetzt.
  • Es sei nochmals Folgendes festgestellt: Der Leitungsschutzschalter 18 bewirkt ein Unterbrechen des Stromkreises bei einem Überstrom und bei einem Kurzschlussstrom. Das Modul 20 unterbricht darüber hinaus den Stromkreis bei einem Fehlerstrom durch Auslösen der Trennkontakte 28, 28' des Leitungsschutzschalters 18. Nun soll der Stromkreis auch dann unterbrochen werden, wenn in dem Stromkreis an irgendeiner Stelle ein Lichtbogen aufgetreten ist. Hierzu muss zunächst einmal überhaupt erkannt werden, dass ein solcher Lichtbogen aufgetreten ist. Der Lichtbogen kann nicht am Ort seines Auftretens, das bei einem beliebigen Verbraucher sein kann, erkannt werden, sondern muss anhand des Stromflusses in dem Stromkreis erkannt werden. Das Modul 20 weist hierzu zwei verschiedene Einheiten auf: Zum einen ist eine der Verbindungsleitungen zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss des Moduls 20, vorliegend die Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsanschluss 48' und dem Ausgangsanschluss 50', durch einen Stromwandler 54 geführt. Dem Stromwandler 54 ist ein Verstärkermodul 56 nachgeordnet, und das Verstärkermodul 56 ist mit einer Auswerte- und Steuereinheit 58 verbunden. Letzterer werden somit Daten über den in dem Stromkreis fließenden Laststrom zugeführt, wobei vorliegend von der Auswerteeinheit insbesondere die Amplitude des Laststroms erfasst wird. Als zweite Messeinheit, die zum Erfassen dient, ob ein Lichtbogen in dem Stromkreis auftritt, ist ein Hochfrequenzempfänger 60 in dem Modul 20 bereitgestellt, und zwar greift er Signale zwischen der Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsanschluss 48 und dem Ausgangsanschluss 50 einerseits und der Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsanschluss 48' und dem Ausgangsanschluss 50' andererseits ab. Die Messsignale werden ebenfalls der Auswerte- und Steuereinheit 58 zuge führt. Die Auswerte- und Steuereinheit 58 kann ein herkömmlicher Mikrocontroller sein. Um diesen mit Energie zu versorgen, ist ein Gleichrichter (AC/DC-Spannungswandler) 62 bereitgestellt, der die notwendige Gleichspannung zum Betrieb des Mikrocontrollers bereitstellt.
  • In der Auswerte- und Steuereinheit 58 wird ein Algorithmus eingesetzt, um anhand der von dem Verstärker 56 und dem Hochfrequenzempfänger 60 zugeführten Signale zu erkennen, ob in dem Stromkreis ein Lichtbogen aufgetreten ist bzw. zumindest aufgetreten sein könnte. Ein Lichtbogen ist zum einen durch einen Anstieg der Stromamplitude über ein vorbestimmtes Niveau oder auch bestimmte Stromsteigerungen erkennbar. Genaueres hierzu ist in dem US-Patent 6,031,699 beschrieben. Ein Lichtbogen ist zum anderen auch anhand des Hochfrequenzrauschens erkennbar, insbesondere an einem periodischen Verhalten desselben mit dem Strom. Details hierzu sind in dem US-Patent 5,729,45 beschrieben. Der von der Auswerte- und Steuereinheit 58 verwendete Algorithmus kann beide Kriterien alternativ, bevorzugt aber in Kombination verwenden, wobei über die genannten einfachen Zusammenhänge hinaus auch kompliziertere Zusammenhänge durch einen geeigneten Algorithmus erkennbar sein können. Beim Modul 20 wird also durch die Mittel 54, 56, 60 und den Auswertealgorithmus in der Auswerte- und Steuereinheit 58 erfasst, ob ein Lichtbogen in dem Stromkreis auftritt.
  • Diese Erfassung ist selbstverständlich nur dann sinnvoll, wenn eine Unterbrechung des Stromkreises nach dem Erkennen des Auftretens eines Lichtbogens erfolgt.
  • Das Unterbrechen des Stromkreises erfolgt nun ganz einfach unter Verwendung der Verbindungsleitung 42: Sobald die Auswerte- und Steuereinheit 58 das Auftreten eines Lichtbogens erfasst hat, steuert sie das zum Schalter 46 gehörende Relais derart an, dass der Schalter 46 geschlossen wird. Dann fließt ein solcher Strom, dass in dem Stromwandler 34 dieselbe Wirkung erzielt wird, als würde ein realer Fehlerstrom fließen, so dass der mechanische Auslösemechanismus 40 betätigt wird, dieser auf die Auslösemechanismen 72 und 72' einwirkt und die Trennkontakte 28 und 28' wunschgemäß geöffnet werden.
  • Kennzeichen des Moduls ist somit, dass die mechanische Kopplung nicht nur im Falle eines realen Fehlerstroms zum Öffnen der Trennkontakte 28 und 28' eingesetzt wird, sondern auch im Falle des Auftretens eines Lichtbogens. Ein herkömmliches Fehlerstromschutzmodul kann einfach durch die Mittel zum Erfassen 54, 56, 58, 60 ergänzt werden.
  • An die Stelle der direkt mit dem Schalter 46 gekoppelten Prüftaste tritt bevorzugt eine Prüftaste 80, die einen Stromkreis schließt, wobei der Stromfluss durch die Auswerte- und Steuereinheit 58 erkannt wird, diese ihren Algorithmus durchlaufen lässt und das zu dem Schalter 46 gehörende Relais testweise ansteuert.
  • Eine Anzeige 82 zeigt den Zustand des Moduls und die erfasste Ursache der letzten Auslösung an, dadurch kann ein Techniker schnell feststellen, ob tatsächlich ein gefährlicher Lichtbogen die Ursache der Auslösung war, oder ob lediglich ein Isolationsfehler vorliegt, denn die Mittel zum Erfassen, ob ein Lichtbogen auftritt, können lediglich vorbestimmte Kriterien verwenden und nicht mit letzter Sicherheit gewährleisten, dass real ein Lichtbogen erkannt wird. Im Zweifel lösen sie aus.
  • 10
    Anordnung
    12, 12'
    Leitungen
    14
    Verbraucher
    18
    Schutzschalter
    20
    Modul
    24, 24', 26, 26'
    Auslöser
    28, 28'
    Trennkontakte
    30, 30'
    Eingangsanschlüsse
    32, 32'
    Ausgangsanschlüsse
    34, 54
    Stromwandler
    36
    Sekundärwicklung
    38
    Haltemagnet
    40, 72, 72'
    Auslösemechanismen
    42
    Verbindungsleitung
    44
    Widerstandselement
    46
    Schalter
    48, 48'
    Eingangsanschlüsse
    50, 50'
    Ausgangsanschlüsse
    52, 52'
    Verbindungsleitungen
    54
    Stromwandler
    56
    Verstärkermodul
    58
    Steuereinheit
    60
    Hochfrequenzempfänger
    62
    Gleichrichter
    72, 72'
    Auslösemechanismen
    80
    Prüftaste
    82
    Anzeige
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5729145 [0003]
    • - US 6031699 [0003, 0027]
    • - US 572945 [0027]

Claims (8)

  1. Mit einem Schutzschalter (18) mechanisch koppelbares Modul (20) mit zumindest zwei Eingangsanschlüssen (48, 48') und zumindest zwei Ausgangsanschlüssen (50, 50'), wobei je ein Eingangsanschluss (48, 48') über eine Verbindungsleitung mit je einem Ausgangsanschluss (50, 50') verbunden ist, und mit für eine Fehlerschutzstromfunktion bereitgestellten Mitteln (34, 36, 38), die bei einer einen Grenzwert überschreitenden Differenz zwischen der Stromstärke eines durch zumindest eine erste der Verbindungsleitungen in eine Hinrichtung fließenden Stroms einerseits und der Stromstärke eines durch zumindest eine zweite der Verbindungsleitungen in einer Rückrichtung fließenden Stroms andererseits zumindest mittelbar auf eine mechanische Auslöseeinrichtung (40) einwirken, die wiederum für den Fall der Kopplung eines Schutzschalters (18) mit dem Modul (20) auf diesen Schutzschalter (18) einzuwirken ausgelegt ist, und mit Mitteln (42, 44, 46) zum wahlweisen Erzeugen eines in einem Erfassungsbereich der für die Fehlerstromschutzfunktion bereitgestellten Mittel (34) nur über die zumindest erste oder nur über die zumindest zweite der Verbindungsleitungen fließenden Stroms, gekennzeichnet durch Mittel (54, 56, 60, 68) zum Erfassen, ob ein Lichtbogen in einem Stromkreis, in den das Modul geschaltet ist, auftritt, und wobei die Mittel (46) zum wahlweisen Erzeugen durch eine Steuereinrichtung (58) elektrisch ansteuerbar sind, wobei die Steuereinrichtung (58) mit den Mitteln zum Erfassen (46, 56, 60) gekoppelt oder Teil derselben ist.
  2. Modul (20) nach Anspruch 1, bei dem im Betrieb die Mittel zum Erfassen zum Gewinnen einer Information über den in dem Stromkreis fließenden Strom an zumindest einer der Verbindungsleitungen ausgelegt sind.
  3. Modul (20) nach Anspruch 1 und 2, bei dem die Mittel zum Erfassen Mittel (54, 56, 58) zum Messen der Amplitude des über eine Verbindungsleitung fließenden Stroms umfassen.
  4. Modul (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mittel zum Erfassen einen Hochfrequenzempfänger (60) umfassen.
  5. Modul (20) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Mittel zum Erfassen eine Auswerteeinheit (58) umfassen, die den Mitteln zum Messen (54, 56) oder dem Hochfrequenzempfänger (60) nachgeordnet oder Teil zumindest eines dieser ist, und die bei Erfüllung bestimmter Kriterien einen Schalter (72, 78) ansteuert.
  6. Modul (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die für eine Fehlerstromschutzfunktion bereitgestellten Mittel einen Summenstromwandler (34) umfassen, wobei vorzugsweise die mechanische Auslöseeinrichtung (40) durch einen im Bereich der Sekundärwicklung (36) des Summenstromwandlers bereitgestellten Magneten (38) betätigt wird.
  7. Modul (20) nach Anspruch 6, bei dem die Mittel zum wahlweisen Erzeugen eine über einen Schalter (46) trennbare Verbindung (42) zwischen einem Anschluss an einer Verbindungsleitung auf einer Eingangsseite des Summenstromwandlers (34) und einem Anschluss an einer anderen Verbindungsleitung auf einer Ausgangsseite (34) des Summenstromwandlers umfassen.
  8. Anordnung (10) aus einem in Reihe geschalteten Schutzschalter geschalteten Leitungsschutzschalter (18) einerseits und einem Modul (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche andererseits, wobei der Leitungsschutzschalter (18) mit dem Modul (20) mechanisch derart koppelbar gestaltet ist und tatsächlich gekoppelt ist, dass die mechanische Auslöseeinrichtung (40) des Moduls auf zumindest eine mechanische Auslöseeinrichtung (72, 72') des Leitungsschutzschalters (18) einzuwirken ausgelegt ist, wobei jede Auslöseeinrichtung (72, 72') des Leitungsschutzschalters (18) zum Öffnen zumindest eines Trennkontakts (28, 28') zum Unterbrechen eines Stromkreises, in den die Anordnung (10) schaltbar oder in dem sie geschaltet ist, ausgelegt ist.
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