DE102010032031A1

DE102010032031A1 - Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen

Info

Publication number: DE102010032031A1
Application number: DE102010032031A
Authority: DE
Inventors: Thomas Driehorn; Gerd Müller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalter (1), insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen, zur Unterbrechung eines Wechselstroms, der von einer Quelle zu einer Last fließt, mit einer Schutzeinrichtung (4), welche die Differenz des Wechselstroms erfasst, der durch einen Strom-Leiter (2) in Richtung hin zur Last und durch einen Null-Leiter (3) wieder zurück in Richtung Quelle fließt. Die Schutzeinrichtung (4) umfasst einen Stromwandler (5), der einen ringförmigen Eisenkern (6) aufweist, durch den der Strom-Leiter (2) und der Null-Leiter (3) geführt sind. Der Stromwandler (5) ist mit einem Magnetsensor (7) versehen, der ein Signal abgibt, das dem magnetischen Summenfeld im Eisenkern (6) entspricht. Um mit einfachen Mitteln die Funktion und die Genauigkeit des Differenzstromwandlers prüfen zu können, wird vorgeschlagen, dass durch die Ringöffnung des Eisenkerns (6) zusätzlich eine Leiterschleife (9) verläuft, durch die zur Prüfung des Stromwandlers (5) ein Prüfstrom leitbar ist, welcher einem simulierten Differenzstrom entspricht, und dass die Prüfung anhand des zugehörigen Signals des Magnetsensors (7) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Leistungsschalter für Niederspannungen sind bekannt und dienen der Verteilung des Stroms in elektrischen Schaltanlagen. Mit Schutzeinrichtungen ausgerüstete Leistungsschalter übernehmen zusätzlich Sicherungs- und Schutzfunktionen insbesondere der angeschlossenen Verbraucher. Eine besondere Schutzfunktion ist die des Differenzstromschutzes. Bei dieser werden, ähnlich dem weit verbreiteten Erdschlussschutz, die durch den Schalter fließenden Wechselströme in Hin- und Rückrichtung von der Quelle (Versorgungsstromnetz) zur Last (Verbraucher) gemessen. Die Messung des Differenzstroms ist eine besonders empfindliche Variante des Erdschlussschutzes. Wechselströme, die nicht über den vorgesehenen Strompfad zur Quelle zurückkehren, sondern aufgrund z. B. mangelhafter Isolation gegen Erde abgeleitet werden, werden als Differenzstrom detektiert. Dabei können Wechselströme in der Größenordnung von wenigen Milliampere gemessen werden. Der Differenzstrom kann als Auslösekriterium verwendet werden; der Schalter öffnet, wenn eine vorgegebene Differenz überschritten ist. Der Differenzstromschutz dient vor allem dem Schutz von Personen und vor Bränden. Zur Messung des Differenzstroms werden Rahmenwandler als Differenzstromwandler eingesetzt, welche die Strom-Leiter (Hauptleiter) und den Null-Leiter (Neutral-Leiter) umschließen. Der Rahmenwandler wird jeweils abgangsseitig des Schalters montiert und erfasst das von den Leitern (Strom-Leiter, Null-Leiter) erzeugte magnetische Summenfeld und führt es einem elektronischen Überstromauslöser (ETU) zur Auswertung zu. Kompensieren sich die Magnetfelder der Leiter, liegt also kein Differenzstrom vor, so liefert der Differenz-Stromwandler kein Ausgangssignal. Beim Vorliegen eines Differenzstroms ist das Magnetfeld des Null-Leiters (Rückleiters) um den Anteil des Fehlerstroms geschwächt und infolgedessen tritt keine vollständige Kompensation im Summenfeld des Differenz-Stromwandlers auf. In diesem Falle wird ein Magnetfeld erfasst und ein entsprechendes Ausgangssignal an den Überstromauslöser gegeben. Der Differenz-Stromwandler besteht meist aus einem rechteckigen Eisenkern, durch dessen ringförmige Öffnung die Leiter verlaufen. Eine auf den Eisenkern aufgebrachte Sensorspule wandelt das im Eisenkern gesammelte magnetische Summenfeld in ein Stromsignal um, das vom Überstromauslöser über einen Bürdenwiderstand erfasst und bewertet wird.
Im Normalfall liegt kein Differenzstrom vor und der Differenz-Stromwandler liefert kein Stromsignal. Nachteilig ist dabei, dass sich im Normalfall die korrekte Funktion des Differenzstromwandlers mangels eines Stromsignals nicht überprüfen lässt.
Eine Prüfung des Differenzstromwandlers ist aus der EP 1 150 412 A1 bekannt. Die Prüfung erfolgt so, dass mit Hilfe einer Steuerwicklung und einer Auswertelektronik die Permeabilität des Eisenkerns kontinuierlich gemessen wird, wobei die Permeabilität durch Zuschalten eines Bürdenwiderstands beeinflusst wird, wodurch gegenüber der Auswerteelektronik ein Differenzstrom simuliert wird.
Nachteilig ist dabei, dass es nicht möglich ist, die Funktion des Differenzstromwandlers einschließlich der Genauigkeit zu prüfen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln die Funktion und die Genauigkeit des Differenzstromwandlers zu prüfen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die Lösung sieht vor, dass durch die Öffnung des Eisenkerns zusätzlich eine Leiterschleife verläuft, durch die zur Prüfung des Stromwandlers ein Prüfstrom (Wechselstrom) leitbar ist, welcher einem simulierten Differenzstrom entspricht, und dass die Prüfung anhand des zugehörigen Signals des Magnetsensors erfolgt.
Bei einer technisch einfachen Ausführung des Magnetsensors ist dieser als Sensorspule ausgebildet.
Die Empfindlichkeit lässt sich erhöhen, wenn die Leiterschleife als Spule mit mehreren Windungen ausgebildet ist, die um den Eisenkern gewickelt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, dessen einzige Figur eine schematische Darstellung eines Leistungsschalters (im Folgenden kurz Schalter genannt) zeigt.
Durch den mehrpoligen Schalter 1 sind drei Strom-Leiter (Phasenleiter) 2 und ein Null-Leiter 3 geführt, wobei die Phasenströme durch die Strom-Leiter 2 zur Last (Verbraucher) und über den gemeinsamen Null-Leiter 3 wieder zurück zur Quelle (zum Versorgungsstromnetz) fließen.
Im Schalter 1 ist eine Schutzeinrichtung 4 vorgesehen, welche den Differenzstrom erfasst. Zur Schutzeinrichtung 4 gehört ein Stromwandler 5, der aus einem ringförmigen (hier rechteckigen) Eisenkern 6 und einer Sensorspule 7a als Magnetsensor 7 besteht. Die Sensorspule 7a erzeugt ein Stromsignal, wenn im Eisenkern ein magnetisches Summenfeld vorhanden ist, d. h. wenn ein Differenzstrom vorhanden ist. Das Stromsignal wird jeweils an eine Auswerteeinheit 8 gegeben, die in einer Auswerteeinheit 8a die Differenzstrom bewertet und mit dem Strom-Schwellwert vergleicht. Bei Überschreitung des Strom-Schwellwerts wird der Stromfluss (alle Phasenströme) durch den Schalter 1 unterbrochen, ausgelöst von der Auswerteeinheit 8.
Zur Überprüfung der Schutzeinrichtung auf Funktion und Genauigkeit ist eine Leiterschleife 9 in Form einer Testspule 9a um den Eisenkern 6 gewickelt, deren Enden mit einer Ansteuerschaltung 10 der Auswerteeinheit 8 verbunden sind. Zur Prüfung des Stromwandlers 5 wird ein Prüfstrom von der Ansteuerschaltung 10 auf die Testspule 9a gegeben. Dieser entspricht einem simulierten Differenzstrom und erzeugt einen entsprechenden Magnetfluss im Eisenkern 6. Dieser Magnetfluss wird von der Sensorspule 7a detektiert, d. h. die Sensorspule 7a erzeugt ein entsprechendes Stromsignal, wenn der Stromwandler 5 korrekt funktioniert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1150412 A1 [0004]

Claims

Schalter (1), insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen, zur Unterbrechung eines Wechselstroms, der von einer Quelle zu einer Last fließt, mit einer Schutzeinrichtung (4), welche die Differenz des Wechselstroms erfasst, der durch einen Strom-Leiter (2) in Richtung hin zur Last und durch einen Null-Leiter (3) wieder zurück in Richtung Quelle fließt, wobei die Schutzeinrichtung (4) den Schalter (1) öffnet, wenn ein Auslösekriterium erfüllt ist, in das der erfasste Differenzstrom eingeht, wobei die Schutzeinrichtung (4) einen Stromwandler (5) umfasst, der einen ringförmigen Eisenkern (6) aufweist, durch den der Strom-Leiter (2) und der Null-Leiter (3) geführt sind, und wobei der Stromwandler (5) einen Magnetsensor (7) umfasst, der ein Signal abgibt, das dem magnetischen Summenfeld im Eisenkern (6) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Öffnung des Eisenkerns (6) eine Leiterschleife (9) verläuft, durch die zur Prüfung des Stromwandlers (5) ein Prüfstrom leitbar ist, welcher einem simulierten Differenzstrom entspricht, und dass die Prüfung anhand des zugehörigen Signals des Magnetsensors (7) erfolgt.
Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetsensor (7) als Sensorspule (7a) ausgebildet ist.
Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife (9) als Spule (9a) ausgebildet ist, die um den Eisenkern (6) gewickelt ist.