DE69208799T2

DE69208799T2 - Schutzschalter mit selektiver Verriegelung

Info

Publication number: DE69208799T2
Application number: DE69208799T
Authority: DE
Inventors: Philippe Piney
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE
Priority date: 1991-10-10
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2012-09-11
Also published as: DE69208799D1; ES2086704T3; EP0537084B1; JP3234005B2; JPH05219641A; FR2682529B1; US5357394A; EP0537084A1; CA2079858C; CA2079858A1; FR2682529A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit Kontakten, einem Schaltmechanismus zur Betätigung der Kontakte und einem elektronischen Auslöser, der ein Antriebsorgan des Schaltmechanismus mit einem Auslösesignal beaufschlagt, um das Öffnen der Kontakte bei Auftreten eines Fehlers in einem zu überwachenden Netz zu bewirken, wobei das Antriebsorgan des Schaltmechanismus Mittel zur Verriegelung des Schaltmechanismus in der Ausschaltstellung und der Auslöser Mittel zur Erfassung der Fehlerart umfassen.
Bestimmte Auslöser herkömmlicher Bauart umfassen Verriegelungsmittel, die dazu dienen, die Kontakte in der Ausschaltstellung zu verriegeln. Dies erfolgt normalerweise mit Hilfe eines Schlüssels, der mechanisch auf den Schaltmechanismus oder dessen Antrieb wirkt und ein Einschalten der Kontakte verhindert, solange er sich in der Verriegelungsstellung befindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Leistungsschalter zu optimieren, um ihn besser an die Bedürfnisse des Bedieners anzupassen und je nach Art der Installation, in die der Schalter eingesetzt ist, entweder der Betriebskontinuität oder der Sicherheit Vorrang zu geben.
Diese Aufgabe wird dadurch erfüllt, daß der Auslöser Mittel zur Einstellung der Fehler aufweist, die eine Verriegelung zur Folge haben sollen, wobei der Leistungsschalter Verriegelungs-Steuerorgane umfaßt, die mit dem Auslöser verbunden sind und die Verriegelungsmittel so ansteuern, daß der Schaltmechanismus in der Ausschaltstellung verriegelt wird, wenn die Auslösung durch einen Fehler bewirkt wurde, der einem der an den Einstellmitteln eingestellten Fehler entspricht.
Während die bekannten Verriegelungsmittel zwangsläufig der Sicherheitsfunktion Priorität einräumten, erlaubt es die Erfindung dem Bediener auf diese Weise, die Wichtigkeit von Sicherheit und Betriebskontinuität entsprechend seinen Bedürfnissen selbst zu bestimmen.
Wenn im Extremfall die Betriebskontinuität als vorrangig angesehen wird, kann die Verriegelung unterdrückt werden. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel kann die Verriegelung automatisch erfolgen, wenn ein Fehler aufgrund eines Kurzschlusses (unverzögerte oder kurzzeitverzögerte Schutzfunktion) oder Fehlerstroms zum Ansprechen des Leistungsschalters geführt hat, und der Schalter andererseits auf normale Weise neu gespannt werden, wenn eine Überlast (langzeitverzögerte Schutzfunktion) die Fehlerursache war.
Die Einstellung derjenigen Fehlerart, die eine Verriegelung bewirken soll, kann über einen Wahlschalter, der direkt an die Zentraleinheit des Auslösers bzw. an eine die Zentraleinheit mit den Verriegelungs- Steuerorganen verbindenden Schnittstelle angeschlossen ist, oder über mehrere Schalter erfolgen, die dazu dienen, eine selektive Verbindung zwischen der Zentraleinheit und den Verriegelungs-Steuerorganen herzustellen.
Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung, umfassen die Verriegelungs-Steuerorgane eine Spule, an die dann eine Spannung gelegt wird, wenn sie vom Auslöser mit einem Verriegelungsbefehl beaufschlagt wird.
Nach einer ersten Ausführungsvariante betätigt die Spule direkt ein mechanisches Organ zur Verriegelung des Schaltmechanismus.
Wenn das Antriebsorgan des Schaltmechanismus als elektromechanisches Antriebsorgan ausgeführt ist, das es ermöglicht, den Einschaltvorgang des Leistungsschalters elektrisch, über eine Fernbetätigungsfunktion anzusteuern, kann das elektromechanische Antriebsorgan gemäß einer zweiten Ausführungsvariante einen Elektromagneten umfassen, der über einen Steuerschalter an eine Stromversorgung angeschlossen ist, wobei die Verriegelungsmittel einen Öffner umfassen, der in Reihe mit dem genannten Steuerschalter geschaltet ist und dessen Öffnung über die genannten Spule gesteuert wird. Gemäß einer dritten Ausführungsvariante kann das Antriebsorgan einen Einschalt- Elektromagneten umfassen, der über ein als Öffner ausgeführtes Steuerorgan an eine Stromversorgung angeschlossen ist, wobei der Öffnungs- und anschließende Schließvorgang des Steuerorgans das Einschalten der Leistungsschalterkontakte bewirkt und die Spule einen parallel zum genannten Steuerorgan geschalteten Schließer ansteuert.
Mehrere spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters;
- Figur 2 und 3 zwei Ausführungsvarianten des Auslösers eines Leistungsschalters gemäß Figur 1;
- Figur 4 und 5 zwei Ausführungsvarianten der Verriegelungs-Steuerorgane eines Leistungsschalters gemäß Figur 1.
Figur 1 zeigt einen Leistungsschalter mit Kontakten 1, die in ein zu schützendes Netz 2 eingesetzt sind. Der Ausschalt- und Einschaltvorgang der Kontakte wird auf herkömmliche Art und Weise über einen Schaltmechanismus 3 gesteuert, der seinerseits von einem Antriebsorgan 4 angesteuert wird. Die Eingänge eines elektronischen Auslösers 5 werden mit Signalen beaufschlagt, welche die das Netz 2 durchfließenden Ströme abbilden. Dieser Auslöser beaufschlagt das Antriebsorgan 4 mit einem Auslösesignal D, das dazu dient, die Abschaltung der Kontakte 1 im Fehlerfall, z.B. bei Überlast, Kurzschluß oder Auftreten eines Fehlerstroms in Netz 2 zu bewirken.
Das Antriebsorgan 4 zur Ansteuerung des Schaltmechanismus der Kontakte umfaßt Mittel, die eine Verriegelung des Mechanismus in der Ausschaltstellung der Kontakte ermöglichen. Diese Verriegelungsmittel werden über ein Verriegelungs-Steuerorgan 6 angesteuert. Empfängt das Steuerorgan 6 (Eingang 7) einen Verriegelungsbefehl A, so steuert es über das Antriebsorgan 4 und den Schaltmechanismus 3 das Halten der Kontakte 1 in der Ausschaltstellung. Das Einschalten der Kontakte wird erst nach Beaufschlagung eines Eingangs 8 des Auslösers mit einem Rückstellbefehl B freigegeben, wodurch ein Entriegelungsbefehl C auf einen Eingang 9 des Verriegelungs- Steuerorgans 6 gegeben wird.
In Figur 1 sind lediglich die Komponenten des Auslösers 5 dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung unerläßlich sind. Der Auslöser 5 umfaßt eine, z.B. mit einem Mikroprozessor bestückte Zentraleinheit 10, deren Eingänge mit die Ströme in Netz 2 abbildenden analogen Signalen (I1, I2, I3) beaufschlagt werden. Die Zentraleinheit vergleicht diese Signale mit festgelegten Schwellwerten und leitet (Ausgang 11) gegebenenfalls ein Auslösesignal an das Antriebsorgan (4) weiter.
Gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante ist eine Vorrichtung 12 zur Einstellung der Fehler, die eine Verriegelung bewirken sollen, mit der Zentraleinheit 10 verbunden. Die Zentraleinheit umfaßt herkömmlicherweise Mittel zur Erfassung der Fehlerart, so daß abgespeichert werden kann, ob eine Überlast (langzeitverzögert), ein Kurzschluß (kurzzeitverzögert oder unverzögert) oder ein Fehlerstrom zur Auslösung geführt hat. Diese Informationen können am Auslöser zur Anzeige gebracht und/oder an eine externe Überwachungseinheit (nicht dargestellt) übertragen werden. Die Zentraleinheit 10 vergleicht diese Informationen bezüglich der Fehlerart mit den von der Einstellvorrichtung 12 bereitgestellten Informationen und sendet einen Verriegelungsbefehl aus, wenn der erfaßte Fehler mit einem an der Vorrichtung 12 eingestellten Fehler übereinstimmt.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante ist die Einstell-vorrichtung 12 der Zentraleinheit nachgeschaltet. Sie umfaßt einen Wahlschalter, dessen gemeinsamer Anschlußpunkt an einer Versor-gungsspannung V liegt. Gemäß der Zeichnung weist der Wahlschalter vier Stellungen für die einzelnen folgenden Fehlerart auf : Langzeitverzögerungs (LR), Langzeit- und Kurzzeitverzögerungs (LR+CR), Fehlerstrom (H) und keine Fehler (OFF). Eine Logikschaltung 13 ist an die Ausgänge des Wahlschalters sowie verschiedene Ausgänge der Zentraleinheit angeschlossen, die bei Auslösung jeweils ein Signal für den entsprechenden Fehler führen. Gemäß der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsvariante können drei verschiedene Fehlerarten einen Auslösebefehl zur Folge haben, wobei die den drei Fehlerarten zugeordneten Ausgänge der Zentraleinheit (LR, CR, H) mit der Logikschaltung verbunden sind. Die gezeigte Logikschaltung besteht aus vier UND-Gattern. Das Gatter 14 ist mit dem (LR)-Ausgang der Zentraleinheit sowie mit dem (LR)-Ausgang des Wahlschalters verbunden. Es liefert dann ein Logiksignal mit dern Pegel 1, wenn der Wahlschalter in der LR-Stellung steht und der Langzeitverzögerungsschutz die Auslösung bewirkt hat. Das Gatter 15 ist an den (LR)-Ausgang der Zentraleinheit sowie an den (LR+CR)-Ausgang des Wahlschalters, das Gatter 16 an den (CR)-Ausgang der Zentraleinheit sowie an den (LR+CR)-Ausgang des Wahlschalters und das Gatter 17 an den jeweiligen (H)-Ausgang der Zentraleinheit und des Wahlschalters angeschlossen. Ein ODER-Gatter 18, dessen Eingänge mit den Ausgängen 14 bzw. 17 der UND-Gatter verbunden sind, stellt an seinem Ausgang einen Verriegelungsbefehl bereit, wenn der von der Zentraleinheit erfaßte Fehler mit einem der am Wahlschalter 12 eingestellten Fehler übereinstimmt. In der OFF-Stellung des Wahlschalters wird unabhängig davon, welche Fehlerart die Auslösung bewirkt hat, kein Verriegelungsbefehl erzeugt.
Die Logikschaltung kann selbstverständlich sowohl mit analogen Komparatorgliedern als auch mit Logikgattern der oben beschriebenen Art ausgeführt sein.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante besteht die Einstellvorrichtung aus einer Reihe von Schaltern, die abgangsseitig an die Zentraleinheit angeschlossen sind. Dabei ist jeweils ein Schalter mit dem entsprechenden, einer bestimmten Fehlerart zugeordneten Ausgang der Zentraleinheit verbunden, beispielsweise ein Schalter 19 mit dem Ausgang für den Langzeitverzögerungsschutz (LR), ein Schalter 20 mit dem Ausgang für den Kurzzeitverzögerungsschutz (CR) und ein Schalter 21 mit dem Ausgang für den Fehlerstromschutz (H). Die jeweils anderen Kontaktstellen der Schalter sind an den zur Bereitstellung des Verriegelungssignals bestimmten Ausgang des Auslösers angeschlossen. Wenn lediglich der Schalter 19 geschlossen ist, führt nur ein dem Langzeitverzögerungsschutz zugeordneter Fehler zur Aussendung eines Verriegelungsbefehls. Sind die Schalter 19 und 20 geschlossen, wird ein Verriegelungsbefehl sowohl bei einem dem Langzeitverzögerungsschutz als auch bei einem dem Kurzzeitverzögerungsschutz zugeordneten Fehler erteilt.
Gemäß einer vereinfachten Ausführungsvariante (nicht dargestellt) können die drei Schalter 19, 20, 21 der Einstellvorrichtung 12 aus Figur 3 durch einen Wahlschalter mit 3 oder 4 Stellungen ersetzt werden, an dessen gemeinsamem Anschlußpunkt das Signal A bereitgestellt wird, so daß dieser Anschlußpunkt wahlweise mit einem der Ausgänge der Zentraleinheit oder mit einer vierten Kontaktstelle (freibleibend oder Masseanschluß) verbunden wird, über die kein Verriegelungsbefehl erfolgt.
Auf diese Weise kann der Auslöser bei den beschriebenen Ausführungsvarianten einen Verriegelungsbefehl erzeugen, wenn und nur wenn der erfaßte Fehler mit einem an der Einstellvorrichtung 12 eingestellten Fehler übereinstimmt.
Bei den verschiedenen, oben beschriebenen Ausführungsvarianten bewirkt die Beaufschlagung des Eingangs 8 des Auslösers mit einem Rückstellbefehl die Bereitstellung eines Entriegelungsbefehls an einem Ausgang 22 des Auslösers.
Das Verriegelungs-Steuerorgan umfaßt vorzugsweise eine Spule 23, die so geschaltet ist, daß sie bei Beaufschlagung mit einem Verriegelungsbefehl von einem Strom durchflossen wird. Wie in Figur 3 dargestellt, ist die Spule 23 z.B. an den Ausgang eines Speicherglieds 29 angeschlossen, dessen Eingang mit dem Signal A beaufschlagt wird. Das Verriegelungssignal B wird einem Rückstelleingang des Speicherglieds 29 zugeführt und bewirkt bei dessen Beaufschlagung die Unterbrechung des Stroms in der Spule 23.
Diese Spule kann einen Tauchkern aufweisen (nicht dargestellt), der direkt auf ein mechanisches Betätigungsorgan wirkt, so daß ein Einschalten der Kontakte verhindert wird.
Gemäß Figur 4 und 5 wird der Schaltmechanismus 3 des Leistungsschalters über einen Elektromagneten 24 betätigt, der es ermöglicht, den Leistungsschalter elektrisch, gegebenenfalls über eine Fernbetätigung anzusteuern.
Bei der Ausgestaltung gemäß Figur 4 ist der Elektromagnet 24 über einen Steuerschalter 25 an die Klemmen einer in der Zeichnung als Wechselstromquelle ausgeführten Stromversorgung angeschlossen, wobei das Schließen des Schalters 25 das Einschalten des Leistungsschalters bewirkt. Das Verriegelungsorgan besteht aus einem Öffner 26, der im Versorgungskreis des Elektromagneten 24 mit dem Steuerschalter 25 in Reihe liegt. Das Verriegelungs-Steuerorgan besteht aus einer Spule 23. Wenn die Spule 23 durch den Auslöser 5 mit einem Verriegelungsbefehl beaufschlagt wird (Figur 1 bis 3), wird sie von einem Strom durchflossen und bewirkt das Öffnen des Kontakts 26. Die Einspeisung des Elektromagneten 24 wird dann unabhängig von der Stellung des Schalters 25 unterbrochen und das Einschalten des Leistungsschalters durch seine Verriegelung in der Ausschaltstellung verhindert.
Bei der Ausgestaltung gemäß Figur 5 ist der Elektromagnet 24 als Einschalt-Elektromagnet ausgeführt, der so geschaltet ist, daß er als Pumpverhinderungsorgan arbeitet. Der Elektromagnet 24 ist über einen, beispielsweise als in der Ruhestellung geschlossener Drucktaster ausgeführten Schalter 27 an die Klemmen einer in der Figur als Wechselstromquelle dargestellten Stromversorgung angeschlossen. Der Leistungsschalter umfaßt einen Ausschalt-Elektromagneten (nicht dargestellt), der über einen Ausschalt-Drucktaster oder einen Auslösebefehl des Auslösers angesteuert werden kann. Nach dem durch einen Auslösebefehl bewirkten, fehlerbedingten oder durch Betätigung des Ausschalt-Drucktasters gewollt herbeigeführten Ausschalten kann der Leistungsschalter erst dann wieder eingeschaltet werden, wenn der Drucktaster geöffnet und danach wieder geschlossen wird (Pumpverhinderungsfunktion). Bei dieser Ausführungsvariante ist ein Verriegelungskontakt 28 parallel zum Einschalt-Drucktaster 27 geschaltet. Dieser als Schließer ausgeführte Kontakt 28 wird durch die Spule 23 geschlossen, wenn diese einen Verriegelungsbefehl des Auslösers 5 empfängt, so daß die Unterbrechung der Stromversorgung des Einschalt-Elektromagneten 24 verhindert und der Leistungsschalter in der Ausschaltstellung verriegelt wird. Zum erneuten Einschalten des Leistungsschalters muß der Auslöser mit einem Rückstellbefehl beaufschlagt werden, um daraufhin einen Entriegelungsbefehl zu erzeugen, der die Öffnung des Kontakts 28 bewirkt und die Betätigung des Leistungsschalters über den Einschalt-Drucktaster 27 ermöglicht.
Bei einem Leistungsschalter mit Einschaltung über einen direkt auf den Schaltmechanismus der Kontakte wirkenden Handantrieb muß das Verriegelungs-Steuerorgan selbstverständlich auch diesen Handantrieb verriegeln. Hierzu kann die Verriegelungsspule beispielsweise über einen Tauchkern mechanisch auf den Einschalttaster der Handantriebs wirken.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsvarianten beschränkt. Insbesondere kann die Stromversorgung des Elektromagneten 24 gemäß Figur 4 und 5 auch als Gleichspannungsquelle ausgeführt sein. Des weiteren kann die Einstellvorrichtung 12 so ausgeführt sein, daß andere als die genannten Fehlerkombinationen eingestellt werden können, wie z.B.
- kurzzeitverzögerter oder unverzögerter Kurzschlußschutz,
- langzeitverzögerte Schutzfunktion und Erdschlußschutz,
- kurzzeitverzögerte Schutzfunktion und Erdschlußschutz,
- langzeitverzögerte Schutzfunktion und Kurzschlußschutz,
- langzeitverzögerte Schutzfunktion, Kurzschlußschutz und Erdschlußschutz.

Claims

1. Leistungsschalter mit Kontakten (1), einem Schaltmechanismus (3) zur Betätigung der Kontakte und einem elektronischen Auslöser (5), der ein Antriebsorgan (4) des Schaltmechanismus (3) mit einem Auslösesignal beaufschlagt, um das Öffnen der Kontakte bei Auftreten eines Fehlers in einem zu überwachenden Netz (2) zu bewirken, wobei das Antriebsorgan (4) des Schaltmechanismus Mittel zur Verriegelung des Schaltmechanismus in der Ausschaltstellung und der Auslöser Mittel zur Erfassung der Fehlerart umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser Mittel (12) zur Einstellung der Fehler aufweist, die eine Verriegelung zur Folge haben sollen, wobei der Leistungsschalter Verriegelungs-Steuerorgane (6) umfaßt, die mit dem Auslöser (5) verbunden sind und die Verriegelungsmittel so ansteuern, daß der Schaltmechanismus (3) in der Ausschaltstellung verriegelt wird, wenn die Auslösung durch einen Fehler bewirkt wurde, der einem der an den Einstellmitteln (12) eingestellten Fehler entspricht.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser (5) eine Zentraleinheit (10) aufweist und die Einstellmittel (12) an die Zentraleinheit angeschlossen sind.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser (5) eine Schnittstelle (13) umfaßt, welche an die Mittel zur Erfassung der Fehlerart angeschlossene Eingänge sowie an die Einstellmittel (12) angeschlossene Eingänge aufweist, und deren Ausgang an die Verriegelungs-Steuerorgane (6) angeschlossen ist.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel (12) mehrere Schalter (19, 20, 21) umfassen, die jeweils zwischen einen gemeinsamen Verriegelungseingang (9) der Verriegelungs-Steuerorgane (6, 23) und einen zugeordneten Ausgang (LR, CR, H) der Mittel zur Erfassung der Fehlerart geschaltet sind, wobei das Schließen eines einer bestimmten Fehlerart zugeordneten Schalters die Verriegelung des Leistungsschalters in der Ausschaltstellung bewirkt, wenn der erfaßte Fehler mit der eingestellten Fehlerart übereinstimmt.

5. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser einen Rückstelleingang (8) aufweist und die Verriegelungs-Steuerorgane (6) mit einem Entriegelungsbefehl beaufschlagt (9), wenn dem Rückstelleingang (8) ein Rückstellbefehl zugeführt wird.

6. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungs-Steuerorgane (6) eine Spule (23) umfassen, die an Spannung gelegt wird, wenn sie durch den Auslöser (5) mit einem Verriegelungsbefehl beaufschlagt wird.

7. Leistungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (23) direkt auf ein mechanisches Verriegelungsorgan des Schaltmechanismus (3) wirkt.

8. Leistungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsorgan (4) des Schaltmechanismus (3) als elektromechanisches Antriebsorgan (24) ausgeführt ist, das es ermöglicht, den Einschaltvorgang des Leistungsschalters elektrisch, über eine Fernbetätigungsfunktion anzusteuern.

9. Leistungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromechanische Antriebsorgan einen Elektromagneten (24) umfaßt, der über einen Steuerschalter (25) an eine Stromversorgung angeschlossen ist, wobei die Verriegelungsmittel einen Schließer (26) umfassen, der in Reihe mit dem genannten Steuerschalter (25) liegt und dessen Öffnung durch die genannte Spule (23) gesteuert wird.

10. Leistungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromechanische Antriebsorgan einen Einschalt-Elektromagneten (24) umfaßt, der über ein als Öffner ausgeführtes Steuerorgan (27) an eine Stromversorgung angeschlossen ist, wobei der Öffnungs- und anschließende Schließvorgang des Steuerorgans das Einschalten der Leistungsschalterkontakte bewirkt und die Spule (23) einen parallel zum genannten Steuerorgan (27) geschalteten Schließer (28) ansteuert.