DE102011083583A1

DE102011083583A1 - Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen

Info

Publication number: DE102011083583A1
Application number: DE201110083583
Authority: DE
Inventors: Mario Dankert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-03-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen, zum Unterbrechen eines durch einen Leiter fließenden elektrischen Stroms, mit Schaltkontakten, die beim Öffnen des Schalters durch einen Schaltmechanismus voneinander getrennt werden, mit einem Stromwandler, der am Leiter angeordnet ist und eine zum Strom korrespondierende analoge Wandlermessspannung erzeugt, mit einer elektronischen Auslöseeinheit, die mit der Wandlermessspannung beaufschlagt ist, jeweils einen von der Wandlermessspannung abgeleiteten Strom mit einer Strombedingung vergleicht und bei Erfüllung der Strombedingung, insbesondere bei Überschreitung eines Stromschwellwerts, über einen Aktor (Maglatch) ein Speicher-Schaltschloss zur Trennung der Schaltkontakte auslöst, wobei das Speicher-Schaltschloss mittels einer Spannwelle gespannt ist, und mit einer Stromversorgung, die einen Kondensator umfasst, der beim Einschalten auf einen Kurzschluss die Auslöseeinheit mit Strom versorgt. Um die Stromversorgung der Auslöseeinheit beim Schalten auf einen Kurzschluss mit möglichst geringem technischen Aufwand sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Spannwelle beim Spannen des Speicher-Schaltschlosses einen Stromgenerator antreibt, der jeweils den Kondensator auflädt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Leistungsschalter für Niederspannungen unterbrechen den durch einen elektrischen Leiter fließenden elektrischen Strom, der über (aneinander anliegende) Schaltkontakte des Schalters fließt, im Falle eines Fehlers wie z.B. bei Überlast, Kurzschluss und Erdschluss, um sowohl die Quelle selbst, also das Stromnetz, als auch die Last und die dazwischen geschaltete Anlage gegen Beschädigung oder vor Zerstörung zu schützen. Zum Unterbrechen trennt ein Schaltmechanismus die Schaltkontakte voneinander. Weiter sind Wandler am Leiter angeordnet, welche eine Wandlermessspannung erzeugen, die zum fließenden Strom korrespondiert. Eine elektronische Auslöseeinheit wird mit der Wandlermessspannung beaufschlagt, die diese jeweils mit einer stromabhängigen Bedingung vergleicht. Die Strombedingung ist erfüllt, wenn ein vorgegebener Stromschwellwert überschritten ist. Dann löst die Auslöseeinheit mittels eines Maglatches als speziellen Aktor ein Speicher-Schaltschloss aus, das die Schaltkontakte voneinander trennt.
Das Speicher-Schaltschloss wird vorher durch Spannen einer Feder mittels einer Spannwelle gespannt. An der Spannwelle ist dazu oft ein Ratschenmechanismus angeordnet.
Um ein autarkes Arbeiten der Auslöseeinheit und damit des Schalters sicherzustellen, wird meist eine Eigenversorgung mit elektrischer Energie bevorzugt, die dem zu schützenden Stromnetz entnommen wird. Für Wechselstromnetze sind induktive Stromwandler die Standardlösung, welche über Dioden einen Kondensator mittels der aus dem Leiter ausgekoppelten elektrischen Energie aufladen.
Stromwandler setzen einen sich zeitlich ändernden Primärstromverlauf voraus, der bei einem (idealen) Gleichstromnetz nur bei Laständerungen und Überlastfällen auftritt.
In Gleichstromnetzen sind Stromwandler für eine permanente Energieversorgung deshalb nicht mehr geeignet. Bei stationärem Betrieb, also bei Normalbetrieb, übernimmt deshalb meist ein Spannungswandler, z. B. ein DC/DC-Schaltnetzteil, die Energieversorgung aus dem Gleichstromnetz, während ein Stromwandler bei transientem Betrieb zum Einsatz kommt, also bei großen, sich zeitlich relativ schnell ändernden Strömen wie im Kurzschlussfall. Beide Energieversorgungen müssen einen Überlappungsbereich aufweisen, d.h. einen überlappenden Übergangsbereich zwischen Normalbetrieb und Überlastbereich.
Die Stromwandler sind bei Schaltern für Gleichstromnetze nur für das Schalten auf einen Kurzschluss erforderlich. Das Schalten auf einen Kurzschluss stellt für die Energieversorgung der elektronischen Auslöseeinheit den „worst-case“ dar. Innerhalb kürzester Zeit muss von den Stromwandlern Energie bereitgestellt, der Strom gemessen und ausgewertet und ein Auslösesignal generiert werden. Dafür müssen die Stromwandler entsprechend ausgelegt sein, wodurch der Platzbedarf sowohl für die Wandler als auch für die Elektronikkomponenten erheblich ansteigt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Stromversorgung der Auslöseeinheit beim Schalten auf einen Kurzschluss mit möglichst geringem technischen Aufwand sicherzustellen.
Die Lösung sieht vor, dass die Spannwelle beim Spannen des Speicher-Schaltschlosses einen Stromgenerator antreibt, der den Kondensator beim Spannen vor dem Einschalten jeweils auflädt.
Zweckmäßigerweise ist der Stromgenerator nach Art eines Dynamos ausgebildet.
Zur Erleichterung des Spannens des Speicher-Schaltschlosses wird vorgeschlagen, dass die Spannwelle von einem Ratschenmechanismus gegen eine Feder gedreht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels für Leistungsschalter für Niederspannungen näher beschrieben, der den elektrischen Strom, der durch einen Leiter fließt, im Fehlerfall unterbricht. Der Schalter weist Schaltkontakte auf, die bei geschlossenem Schalter aneinander anliegen.
Weiter sind am Leiter Messwandler angeordnet, welche eine Messspannung erzeugen, die zum fließenden Strom proportional ist (allgemein korrespondiert). Mit der Messspannung wird eine elektronische Auslöseeinheit beaufschlagt, die diese jeweils mit einem Stromschwellwert (allgemein einer stromabhängigen Bedingung) vergleicht. Ist der vorgegebene Stromschwellwert überschritten, liegt ein Fehlerfall vor und die Auslöseeinheit löst einen Schaltmechanismus aus. Zum Fehlerfall gehören eine Überlast, ein Kurzschluss und gegebenenfalls ein Erdschluss. Der Schaltmechanismus umfasst ein Speicher-Schaltschloss, das von einem Maglatch betätigt wird. Beim Auslösen werden die Schaltkontakte durch das Speicher-Schaltschloss getrennt.
Das Speicher-Schaltschloss wird vor dem Einschalten durch Spannen einer Feder mittels einer Spannwelle gespannt. An der Spannwelle ist ein Ratschenmechanismus angeordnet, mit dem eine Bedienperson die Spannwelle durch wiederholte Betätigung eines Spannhebels spannt.
Zur elektrischen Energieversorgung der Auslöseeinheit dienen ein Schaltnetzteil, wenn der Schalter an ein Gleichstromnetz angeschlossen ist, und entsprechende Stromwandler bei Anschluss an ein Wechselstromnetz.
Die Spannwelle treibt einen Stromgenerator nach Art eines Dynamos an, der beim Spannen des Speicher-Schaltschlosses angetrieben wird und eine Spannung induziert, die einen Kondensator auflädt. Ein Teil der Federspannarbeit wird also genutzt, um den Stromgenerator anzutreiben.
Die Auslöseeinheit, d.h. die in den Schalter integrierte Elektronik, wird dann aus dem aufgeladenen Kondensator gespeist. Dadurch ist bei jedem Einschalten, aber insbesondere beim Schalten auf einen Kurzschluss, eine sofortige Energieversorgung gewährleistet, was eine unverzögerte Messwertauswertung und eine schnellere Auslösung des Schalters ermöglicht im Vergleich zur Verwendung eines induktiven Stromwandlers.
Eine optische Anzeige (LED) ist an der Auslöseeinheit angebracht, welche anzeigt, dass der Kondensator (voll) aufgeladen ist. Bei aufgeladenem Kondensator ist gewährleistet, dass beim Einschalten genügend Energie für eine Abschaltung zur Verfügung steht. Eine mechanische Verriegelung verhindert eine Fehlbedienung (Einschaltung), solange die optische Anzeige nicht leuchtet bzw. der Kondensator nicht aufgeladen ist.

Claims

Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen, zum Unterbrechen eines durch einen Leiter fließenden elektrischen Stroms, mit Schaltkontakten, die beim Öffnen des Schalters durch einen Schaltmechanismus voneinander getrennt werden, mit einem Stromwandler, der am Leiter angeordnet ist und eine zum Strom korrespondierende analoge Wandlermessspannung erzeugt, mit einer elektronischen Auslöseeinheit, die mit der Wandlermessspannung beaufschlagt ist, jeweils einen von der Wandlermessspannung abgeleiteten Strom mit einer Strombedingung vergleicht und bei Erfüllung der Strombedingung, insbesondere bei Überschreitung eines Stromschwellwerts, über einen Aktor (Maglatch) ein Speicher-Schaltschloss zur Trennung der Schaltkontakte auslöst, wobei das Speicher-Schaltschloss mittels einer Spannwelle gespannt ist, und mit einer Stromversorgung, die einen Kondensator umfasst, der beim Einschalten auf einen Kurzschluss die Auslöseeinheit mit Strom versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannwelle beim Spannen des Speicher-Schaltschlosses einen Stromgenerator antreibt, der jeweils den Kondensator auflädt.
Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromgenerator nach Art eines Dynamos ausgebildet ist.
Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannwelle von einem Ratschenmechanismus gegen eine Feder gedreht wird.