EP4156217A1 - Schutzschaltgerät - Google Patents

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Publication number
EP4156217A1
EP4156217A1 EP21216126.9A EP21216126A EP4156217A1 EP 4156217 A1 EP4156217 A1 EP 4156217A1 EP 21216126 A EP21216126 A EP 21216126A EP 4156217 A1 EP4156217 A1 EP 4156217A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
switching device
protective switching
impedance
current
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21216126.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fabian Döbler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to CN202280065374.4A priority Critical patent/CN118043926A/zh
Priority to PCT/EP2022/075901 priority patent/WO2023052163A1/de
Priority to EP22786794.2A priority patent/EP4374403A1/de
Publication of EP4156217A1 publication Critical patent/EP4156217A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • 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

Definitions

  • the invention relates to the technical field of a protective switching device for a low-voltage circuit with an electronic interruption unit.
  • 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 nominal currents or rated currents of up to 50 amperes, 40 amperes, 32 amperes, 25 amperes, 16 amperes or 10 amperes.
  • the current values mentioned refer in particular to 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.
  • the rated currents can be scaled further, from 0.5 A to 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 5 A, 6 A, 7 A, 8 A, 9 A, 10 A, etc. up to 16 A.
  • 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 automatically in the event of an overload and/or short circuit.
  • a miniature circuit breaker is a safety element that cannot be reset automatically.
  • circuit breakers are intended for currents greater than 125 A, sometimes even from 63 amperes. Miniature circuit breakers are therefore simpler and more delicate 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 have an electromechanical design. 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 to trip (interrupt) in the event of a prolonged overcurrent (overcurrent protection) or in the event of thermal overload (overload protection).
  • An electromagnetic release with a coil is used for short-term release when an overcurrent limit 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 flow of electrical current in the low-voltage circuit is conducted via semiconductor components or semiconductor switches, which interrupt the flow of electrical current 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 the relevant standards for low-voltage circuits, the contacts of the mechanical isolating contact system being connected in series with the electronic interruption unit, i.e. the current of the low-voltage circuit to be protected is mechanical isolating contact system as well as via the electronic interrupting unit.
  • a harmonic AC voltage can be represented by rotating 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.
  • a period of oscillation corresponds to a full revolution 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).
  • 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 safety of such a protective switching device or to achieve greater safety in the electrical low-voltage circuit to be protected by the protective switching device.
  • a first measurement impedance is provided between the conductors on the load-side connections.
  • the first measurement impedance is provided after the mechanical isolating contact unit, seen from the line-side connections, ie seen from a potential energy source.
  • the measuring impedance can be determined by measurement when the contacts of the mechanical isolating contact unit on the load-side connections are open. For example, if the measurement impedance is a resistor, its resistance value (plus potential line resistance) can be determined. Other units of the protective switching device are electrically isolated by the open contacts.
  • the first measuring resistor can be used to test the function of the protective switching device.
  • a measuring current can thus flow via the first measuring resistor.
  • the protective switching device is designed such that the first measuring impedance is used to determine a closed state of the contacts of the mechanical isolating contact unit, in particular when the load is not connected to the load-side connections.
  • an unintended (incorrect) closed state of the contacts of the mechanical isolating contact unit is determined, e.g. if contacts are welded or stuck together, for example due to excessive currents.
  • the passive measuring impedance means that voltages or signals are not carried over via the mechanical isolating contact unit (especially when the contacts are open) (for example, in contrast to when a voltage measurement were provided instead of the measuring resistor, which is connected to the control unit is).
  • the measurement impedance is a purely passive element with no galvanic connection to the control unit.
  • the mechanical isolating contact unit has a handle for opening and closing the contacts. Furthermore, a position sensor connected to the control unit can be provided, which in particular determines the position of the handle and transmits it to the control unit.
  • the mechanical isolating contact unit is designed in such a way that the contacts can be opened by the control unit but not closed.
  • the protective switching device is designed in such a way that, for the functional test of the protective switching device, when the contacts of the mechanical isolating contact unit are open and the electronic interrupter unit is switched to high resistance, the electronic interrupter unit is switched to a low-resistance state for a first period of time, so that only then does a measuring current flow through the first measuring impedance flows when the contacts of the mechanical isolating contact unit are unexpectedly (faulty) closed.
  • the electronic interruption unit then remains in a high-impedance state and/or an error state of the protective switching device is signaled.
  • the electronic interruption unit starting from the high-impedance state, is switched to the low-impedance state for a first period of time and is then again in the high-impedance state.
  • the first period of time can be in the range of 100 ⁇ s to 1 s. For example 100 ⁇ s, 200 ⁇ s, ..., 1 ms, 2 ms, ..., 10 ms, 11 ms, ..., 20 ms, 21 ms, ..., 100 ms, ..., 200 ms , ... 1s.
  • switching times in the range of 1 ms to 2 ms a change in current can be detected relatively easily for functional testing.
  • switching times of up to 10 ms are advantageous in order to ensure personal protection despite a fault.
  • the protective switching device is designed in such a way that the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit can be determined for a conductor.
  • the protective switching device is designed in such a way that, for the functional test of the protective switching device with the intended open contacts of the mechanical isolating contact unit (MK), the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit determined by the first measuring impedance is determined when the electronic interruption unit (EU) is switched to high resistance that when a first voltage threshold value is exceeded, a first fault condition is present, so that the electronic interruption unit is prevented from becoming low-impedance and/or a fault state of the protective switching device is signaled.
  • MK mechanical isolating contact unit
  • a meaningful first voltage threshold value can be selected depending on the dimensioning of the level of the measurement impedance and the impedance of the high-impedance electronic interruption unit.
  • a first voltage threshold value that is greater than 0.4 times the applied nominal voltage UN or Vmains (in particular the effective value) of the low voltage circuit is (>0.4*UN).
  • First voltage threshold values >(0.4;0.5;0.6;0.7; 0.8 or 0.9)* UN are particularly useful.
  • a second measurement impedance is provided between conductors of the low-voltage circuit such that when the contacts of the mechanical isolating contact unit are open and the electronic interruption unit is switched to low resistance, a measurement current flows through the electronic interruption unit via the line-side connections.
  • a further measuring current can flow when the contacts of the mechanical isolating contact unit are open.
  • the further measuring current can advantageously be used for further functional testing of the protective switching device. In particular, to detect a faulty electronic interrupt unit.
  • the (first and/or second) measurement impedance is an electrical resistor and/or capacitor, ie an individual element or a series or parallel circuit or a series and parallel circuit twos, threes, fours, fives... elements.
  • the measuring impedance is a series connection of an electrical resistor and a capacitor.
  • the measuring impedance has a high resistance or impedance value, in particular that the resistance value is greater than 100 kOhm, 500 kOhm, 1 MOhm, 2 MOhm, 3 MOhm, 4 MOhm or 5 MOhm.
  • a measuring resistor as a measuring impedance of e.g. 1 MOhm leads to losses of around 50 mW.
  • the level of the value of the measuring impedance should be dimensioned such that the current through the measuring impedance when the mains voltage is applied (in the nominal range) is less than 1 mA, so that the losses in the measuring impedance are (negligibly) small.
  • the (measuring) current is preferably less than 0.1 mA.
  • the protective switching device is designed in such a way that, for functional testing of the protective switching device, when the contacts of the mechanical isolating contact unit are open and the electronic interrupting unit is switched to high resistance, the electronic interrupting unit is switched to a low-resistance state for a/the first period of time, so that a measuring current flows through the flows through the second measuring impedance, that the expected level of the measuring current is compared via the second measuring impedance with a first threshold value and when it is exceeded (an unintended closed state of the contacts of the mechanical isolating contact unit can be closed, so that) the electronic interrupter unit is then in a high-impedance state Condition remains and/or an error status of the protective switching device is signaled.
  • the protective switching device is designed in such a way that the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit can be determined for a conductor.
  • the protective switching device is designed in such a way that when the contacts of the mechanical isolating contact unit are open, the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit determined by the second measurement impedance is determined when the electronic interruption unit is switched to high resistance, that when a second voltage threshold value is exceeded, a second fault condition is present, so that the electronic interruption unit is prevented from becoming low-impedance and/or a fault state of the protective switching device is signaled.
  • the second voltage threshold depends on the ratio of the level of the impedance of the electronic interruption unit to the level of the impedance of the measuring impedance.
  • the second voltage threshold may be less than a quarter of the magnitude of the nominal voltage (UN) of the low-voltage circuit be. (0.25*UN).
  • rated voltage means in particular the mains voltage that is actually present or applied (at the protective switching device). The voltage ratio through the voltage divider remains constant. If the mains voltage changes, the switch voltage changes.
  • control unit has a microcontroller.
  • a first voltage sensor unit connected to the control unit which determines the magnitude of a/the first voltage across the electronic interruption unit, in particular between the grid-side connection point and the load-side connection point of the electronic interruption unit.
  • a second voltage sensor unit connected to the control unit provided, which determines the level of a second voltage between the grid-side neutral conductor connection and the grid-side phase conductor connection.
  • a third voltage sensor unit connected to the control unit is provided, which determines the magnitude of a third voltage between the neutral conductor connection on the network side and the connection point of the electronic interruption unit on the load side.
  • the protective switching device is designed in such a way that the level of a/the first voltage between the network-side connection point and the load-side connection point of the electronic interruption unit is determined from the difference between the second and third voltage.
  • the current sensor unit is provided on the circuit side between the line-side phase conductor connection and the load-side phase conductor connection.
  • the device is compactly divided into two, with an electronic interruption unit in the phase conductor together with a current sensor unit on the one hand and a continuous neutral conductor on the other. Furthermore, with a current sensor unit in the phase conductor, more extensive monitoring with regard to currents is achieved both in the circuit itself and in the event of a faulty connection of a phase conductor to earth/an earth conductor.
  • a corresponding method can be provided for a protective switching device for a low-voltage circuit with electronic (semiconductor-based) switching elements with the same and additional advantages.
  • a corresponding computer program product can be claimed.
  • the computer program product includes instructions which, when the program is executed by a microcontroller, cause the latter to improve the security of such a protective switching device or to achieve greater security in the electrical low-voltage circuit to be protected by the protective switching device.
  • 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 can be claimed.
  • a corresponding data carrier signal that transmits the computer program product can be claimed.
  • a first measuring impedance ZM1 is provided between conductors of the low-voltage circuit in such a way that when the contacts of the mechanical isolating contact unit are open, a current could flow from the first load-side connection/load-side neutral conductor connection NL via the measuring impedance to the second load-side connection/load-side phase conductor connection LL.
  • the first measuring impedance ZM1 can be an electrical resistor and/or a capacitor, for example.
  • the measuring impedance can be a series connection or(/and) parallel connection of a resistor and/or a capacitor.
  • a second measuring impedance ZM2 can be provided between conductors of the low-voltage circuit such that when the contacts of the mechanical isolating contact unit are open and the electronic interruption unit is switched to low resistance, a measurement current flows through the electronic interruption unit via the line-side connections.
  • the second measuring impedance ZM2 can also be an electrical resistor and/or capacitor, for example.
  • the measuring impedance can be a series connection or(/and) parallel connection of a resistor and/or a capacitor.
  • a defined potential is generated in the protective switching device by the second measuring impedance ZM2, in particular a defined voltage potential across the electronic interruption unit EU. Furthermore, a defined measuring current in the protective switching device without affecting a connected consumer / load.
  • Both the measurement current caused by the first and/or second measurement impedance can be evaluated according to the invention, and (or/and) the voltage across certain units, such as the electronic interruption unit EU.
  • the correct behavior of the units, in particular the electronic interruption unit EU, can be recorded by the evaluation.
  • the first measuring impedance is used to determine, in particular, a faulty behavior of the mechanical isolating contact unit, in particular when the consumer or load is not connected.
  • the (first or second) measurement impedance ZM1, ZM2 should have a very high value (resistance or impedance value) in order to keep the losses low.
  • a value of 1 MOhm for example.
  • a value of 1 MOhm results in losses of about 50 mW in a 230 V low voltage circuit.
  • the measurement impedance should be greater than 100 KOhm, 500 KOhm, 1 MOhm, 2 MOhm, 3 MOhm, 4 MOhm or better 5 MOhm.
  • the protective switching device can be designed in such a way that the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit can be determined. This means that the level of a first voltage between the grid-side connection point EUG and the load-side connection point EUL of the electronic interruption unit EU can be determined or is determined.
  • a first voltage sensor unit SU1 connected to the control unit SE is provided, which determines the magnitude of the voltage between the grid-side connection point EUG and the load-side connection point EUL of the electronic interruption unit EU.
  • the voltage across the series connection of electronic interruption unit EU and current sensor SI can alternatively also be determined, as in figure 1 shown.
  • the current sensor unit SI has a very low internal resistance, so that the determination of the level of the voltage is not affected or is only negligibly affected.
  • a second voltage sensor unit SU2 can be provided, which determines the magnitude of the voltage between the line-side neutral conductor connection NG and the line-side phase conductor connection LG.
  • the first voltage sensor unit can also be replaced by using two voltage measurements (before the electronic interrupting unit and after the electronic interrupting unit).
  • the voltage across the electronic interruption unit is determined by calculating the difference.
  • a/the second voltage sensor unit SU2 connected to the control unit SE can be provided Level of a second voltage between the grid-side neutral conductor connection (NG) and the grid-side phase conductor connection (LG) is determined.
  • a third voltage sensor unit SU3 (not shown) connected to the control unit can be provided, which determines the level of a third voltage between the network-side neutral conductor connection NG and the load-side connection point EUL of the electronic interruption unit EU.
  • the protective switching device is designed in such a way that the level of a/the first voltage between the grid-side connection point EUG and the load-side connection point EUL of the electronic interruption unit EU is determined from the difference between the second and third voltage.
  • the electronic interruption unit EU is single-pole, in the example in the phase conductor.
  • the mains-side connection point APNG for the neutral conductor of the mechanical isolating contact unit MK is connected to the mains-side neutral conductor connection NG of the housing GEH.
  • the protective switching device SG is advantageously designed such that the contacts of the mechanical isolating contact unit MK can be opened by the control unit SE but not closed, which is indicated by an arrow from the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK.
  • the mechanical isolating contact unit MK can be operated by a mechanical handle HH on the protective switching device SG in order to switch a manual (manual) opening or closing of the contacts KKL, KKN.
  • the mechanical handle HH indicates the switching status (open or closed) of the contacts of the mechanical isolating contacts unit MK.
  • the position of the handle (closed or open) can be transmitted to the control unit SE.
  • the position of the handle can be determined, for example, by means of a (position) sensor.
  • the mechanical isolating contact unit MK is advantageously designed in such a way that a (manual) closing of the contacts by the mechanical handle is only possible after a release (enable), in particular an enable signal. This is also indicated by the arrow from the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK. That is, the contacts KKL, KKN of the mechanical isolating contact unit MK can only be closed by the handle HH when the release or the release signal (from the control unit) is present. Although the handle HH can be actuated without the release or the release signal, the contacts cannot be closed ("permanent slipping").
  • the protective switching device SG has an energy supply NT, for example a power pack.
  • the power supply NT is provided for the control unit SE, which is achieved by a connection between the power supply NT and the control unit SE in figure 1 is indicated.
  • the power supply NT is (on the other hand) connected to the line-side neutral conductor connection NG and the line-side phase conductor connection LG.
  • a fuse SS in particular a fuse, can advantageously be provided in the connection to the network-side neutral conductor connection NG (or/and phase conductor connection LG).
  • this can be connected to the line-side neutral conductor connection NG via the fuse SS.
  • a three-pole electronics unit EE ( figure 3 ) can be implemented, for example as a module that has three connection points, one neutral conductor connection point and two phase conductor connection points.
  • the electronics unit EE has, for example, the electronic interruption unit EU, the control unit SE, the power supply NT (in particular including the fuse SS), the current sensor unit SI, the first voltage sensor unit SU1 and optionally the second voltage sensor unit SU2.
  • the low-voltage circuit may be a three-phase AC circuit, with a neutral wire and three phase wires.
  • the protective switching device can be designed as a three-phase variant and can have, for example, further line-side and load-side phase conductor connections.
  • a series circuit of an electronic interruption unit or its semiconductor-based switching elements and a contact of the mechanical isolating contact unit are provided between the other line-side and load-side phase conductor connections.
  • the first and/or second measuring impedance can be provided between the phase conductor and the neutral conductor and/or between the phase conductors.
  • 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, more preferably less than 1 ohm, 100 milliohms, 10 milliohms, 1 milliohm, or less.
  • figure 2 shows a figure according to figure 1 , with the difference that an energy source EQ with a nominal voltage U N of the low-voltage circuit is connected to the network side GRID.
  • the nominal voltage U N should also be present between the line-side neutral conductor connection NG and the line-side phase conductor connection LG.
  • nominal voltage means the mains voltage that is actually present or applied (at the protective switching device).
  • the voltage drop U switch across the electronic interruption unit EU can be determined by the first voltage sensor unit SU1.
  • a consumer or energy sink ES is connected to the load side LOAD.
  • a release signal enable is drawn in at the connection of the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK.
  • the mechanical isolating contact unit MK is shown in an open state OFF, i. H. with open contacts KKN, KKL to avoid current flow.
  • figure 3 shows a representation according to figure 1 and 2 , with the difference that the protective switching device is constructed in two parts. It contains an electronic first part EPART, for example on a printed circuit board.
  • the first part EPART can have the control unit SE, the second measuring impedance ZM2, the current sensor unit SI, the electronic interruption unit EU, the power supply NT.
  • the first part can have the first voltage sensor unit SU1, the second voltage sensor unit SU2, the fuse SS, a switch SCH, a temperature sensor TEM (in particular for the electronic interrupting unit EU), a communication unit COM, a display unit DISP.
  • the protective switching device contains a particularly mechanical second part MPART.
  • the second part MPART can have the mechanical isolating contact unit MK, the handle HH, a release unit FG. Furthermore, the second part can have a position unit POS for reporting the position of the contacts of the mechanical isolating contacts unit MK to the control unit, as well as the (neutral conductor) connection(s).
  • the second part MPART contains the first measurement impedance ZM1.
  • a compact protective switching device according to the invention can advantageously be implemented as a result of the division into two.
  • the enabling unit FG causes the actuation of the contacts of the mechanical isolating contact unit to be enabled by the handle HH when an enabling signal enable is present.
  • a typical fault pattern of contacts of mechanical isolating contact units MK is the welding of the contact surfaces, which means that it is no longer possible to open the contact. However, there is also the possibility that a contact can no longer be closed.
  • One possibility is to monitor the position of the handle, for example using Hall sensors or end-of-travel sensors.
  • Another case is when the handle is held in the on (closed) position and a trip-free trip opens the contacts. The sensor continues to detect the on position of the handle with the contact already open.
  • the switching state could be determined by determining the voltage across the contact, but this method fails, when no consumer (or load) is connected, i.e. when the protective switching device is unloaded.
  • a first measurement impedance is proposed at the load-side connection (between the mechanical isolating contact unit and the load-side connections).
  • the output impedance of the protective switching device with the first and second measurement impedances ZM1, ZM2 converges to the impedance value Z meas 1
  • Zmeas1 ⁇ Zmeas2 the output impedance of the protective switching device in the closed, unloaded state with the first measurement impedance ZM1 converges to the impedance value Z meas 1 .
  • the measured voltage when the contact is open without a load converges to the voltage when the contacts are open.
  • the maximum output impedance of the protective switching device has an upper limit as a result of the first measuring impedance ZM1, as a result of which the voltage ratios differ significantly from the case without the first measuring impedance ZM1 with an open isolator.
  • the phase position of the measured voltages can optionally be evaluated for the measured voltage amplitude (or the effective value). This makes the evaluation of the voltages more complex, but it it is possible to differentiate even more clearly between the switching states.
  • the impedance of the electronic interrupting unit EU depends strongly on the circuit topology and its energy absorber. Typical values here are
  • 600 k ⁇ where this is an ohmic-capacitive impedance.
  • the protective switching device is designed in such a way that, for the functional test of the protective switching device when the contacts of the mechanical isolating contact unit MK are open and the electronic interrupting unit EU is switched to high resistance, the electronic interrupting unit EU is switched to a low-resistance state for a first period of time, so that only then does a measuring current flow through the first measuring impedance flows when the contacts of the mechanical isolating contact unit MK are closed incorrectly or unexpectedly. If a measurement current flows, which is detected via the current sensor unit, it can be concluded that the contacts are in an incorrectly closed state.
  • the level of the measurement current is determined by the value of the level of the first measurement impedance ZM1.
  • the electronic interruption unit can then remain in a high-impedance state, for example.
  • this error state of the protective switching device can be signaled.
  • the protective switching device can be designed in such a way that, for the functional test of the protective switching device with the intended open contacts of the mechanical isolating contact unit MK, the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit determined by the first measuring impedance ZM1 is determined when the electronic interruption unit EU is switched to high resistance.
  • a first error condition is present when a first voltage threshold value is exceeded.
  • the protective switching device can be configured in such a way that, for functional testing of the protective switching device, with the contacts of the mechanical isolating contact unit MK open and the electronic interrupting unit EU switched to high resistance, the electronic interrupting unit EU is switched to a low-resistance state for a/the first period of time, so that a measuring current flows through the second measuring impedance flows.
  • the expected level of the measuring current via the second measuring impedance is compared with a first threshold value and when it is exceeded, i.e. when the first measuring impedance reduces the impedance value due to the parallel connection - a larger current flows, the contacts of the mechanical isolating contact unit MK can be in an unintended closed state be closed. As a result, the electronic interrupting unit can then remain in a high-impedance state. Alternatively or additionally, this error state of the protective switching device can be signaled.
  • the protective switching device can also be designed in such a way that when the contacts of the mechanical isolating contact unit MK are open, the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit determined by the second measuring impedance is determined when the electronic interruption unit (EU) is switched to high resistance. If a second voltage threshold value is exceeded, there is a second error condition, since the first measuring impedance that was not provided causes a higher voltage drop across the electronic interruption unit, so that it can be concluded that the contacts of the mechanical isolating contact unit MK are not in the closed state. As a result, the electronic interruption unit can be prevented from becoming low-impedance. Alternatively or additionally, this error state of the protective switching device can be signaled.
  • an expected state of the contacts (closed, open) can be reported or queried.
  • the electronic interruption unit EU (or the electronic switch) is switched on for a very short time (in the millisecond range), for example.
  • a current and/or voltage measurement and (subsequent) evaluation can be used to determine whether the intended (switching) state of the contacts (closed / open) matches the real (switching) state of the contacts (closed / open).
  • a (first) release condition for switching on the protective switching device specifically the electronic interruption unit, can be present.
  • the additional first measurement impedance ZM1 ( Z meas 1 ) can also be used for current-based status determinations of the contacts.
  • the first measuring impedance ZM1 defines a maximum output impedance and thus a firmly defined current level in the unloaded state of the protective switching device. A clear distinction between open and closed contacts is therefore always possible.
  • the switching state is determined using purely electrical variables. If necessary, it can be compared with other position detections.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit:- ein Gehäuse mit einem ersten und einem zweiten netzseitigen Anschluss sowie einem ersten und einem zweiten lastseitigen Anschluss,- eine mechanische Trennkontakteinheit, die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, wobei die mechanische Trennkontakteinheit den lastseitigen Anschlüssen und die elektronische Unterbrechungseinheit den netzseitigen Anschlüssen zugeordnet ist,- dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,- dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,- einer Stromsensoreinheit, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises,- einer Steuerungseinheit, die mit der Stromsensoreinheit, der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbunden ist,- dass zwischen dem ersten und dem zweiten lastseitigen Anschluss eine erste Messimpedanz vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft das technische Gebiet eines Schutzschaltgerätes für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit.
  • Mit Niederspannung sind Spannungen von bis zu 1000 Volt Wechselspannung oder bis zu 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechselspannung 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 Niederspannungsstromkreis sind insbesondere Stromkreise mit Nennströmen bzw. Bemessungsströmen von bis zu 50 Ampere, 40 Ampere, 32 Ampere, 25 Ampere, 16 Ampere oder 10 Ampere gemeint. 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 unterbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie ein Schutzschaltgerät, Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter. Die Nennströme können sich weiter staffeln, von 0,5 A über 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 5 A, 6 A, 7 A, 8 A, 9 A, 10 A, usw. bis 16 A.
  • Leitungsschutzschalter sind seit langem bekannte Überstromschutzeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden. Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss. Ein Leitungsschutzschalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurzschluss selbsttätig abschalten. Ein Leitungsschutzschalter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungselement. Leistungsschalter sind, im Gegensatz zu Leitungsschutzschaltern, für Ströme größer als 125 A vorgesehen, teilweise auch schon ab 63 Ampere. Leitungsschutzschalter sind deshalb einfacher und filigraner aufgebaut. Leitungsschutzschalter weisen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung auf einer so genannten Hutschiene (Tragschiene, DIN-Schiene, TH35) auf.
  • Leitungsschutzschalter sind elektromechanisch aufgebaut. 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 (Unterbrechung) bei länger anhaltenden Überstrom (Überstromschutz) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschutz) eingesetzt. Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurzzeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Überstromgrenzwerts bzw. im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschlussschutz) eingesetzt. Eine oder mehrere Lichtbogenlöschkammer(n) bzw. Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung sind vorgesehen. Ferner Anschlusselemente für Leiter des zu schützenden elektrischen Stromkreises.
  • Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit sind relativ neuartige Entwicklungen. Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit auf. D.h. der elektrische Stromfluss des Niederspannungsstromkreises wird über Halbleiterbauelemente respektive Halbleiterschalter geführt, die den elektrischen Stromfluss unterbrechen bzw. leitfähig geschaltet werden können. Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit weisen ferner häufig ein mechanisches Trennkontaktsystem auf, insbesondere mit Trennereigenschaften gemäß einschlägigen 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 elektronische Unterbrechungseinheit geführt.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Niederspannungswechselstromkreise, mit einer Wechselspannung, üblicherweise mit einer zeitabhängigen sinusförmigen Wechselspannung mit der Frequenz f. Die zeitliche Abhängigkeit des momentanen Spannungswertes u(t) der Wechselspannung ist durch die Gleichung: u t = U * sin 2 π * f * t
    Figure imgb0001
     beschrieben. Wobei:
    • u(t) = momentaner Spannungswert zu der Zeit t
    • U = Amplitude der Spannung
  • Eine harmonische Wechselspannung lässt sich durch die Rotation eines Zeigers darstellen, dessen Länge der Amplitude (U) der Spannung entspricht. Die Momentanauslenkung ist dabei die Projektion des Zeigers auf ein Koordinatensystem. Eine Schwingungsperiode entspricht einer vollen Umdrehung des Zeigers 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 = 2 π * f = 2 π / T = Kreisfrequenz der Wechselspannung
    Figure imgb0002
     (T = Periodendauer der Schwingung)
  • Häufig wird die Angabe der Kreisfrequenz (ω) gegenüber der Frequenz (f) bevorzugt, da sich viele Formeln der Schwingungslehre aufgrund des Auftretens trigonometrischer Funktionen, deren Periode per Definition 2π ist, mit Hilfe der Kreisfrequenz kompakter darstellen lassen: u t = U * sin ωt
    Figure imgb0003
  • 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 einen 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 sinusförmigen (periodischen) Wechselspannung der Wert der Spannung zum Phasenwinkel ϕ gemeint (ϕ = 0...2π bzw. ϕ = 0°...360°, der jeweiligen Periode).
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschaltgerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere die Sicherheit eines derartigen Schutzschaltgerätes zu verbessern bzw. eine höhere Sicherheit im durch das Schutzschaltgerät zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Niederspannungswechselstromkreises, vorgeschlagen, aufweisend:
    • ein Gehäuse mit einem ersten und einem zweiten netzseitigen Anschluss (netzseitige Anschlüsse) sowie einem ersten und einem zweiten lastseitigen Anschluss (lastseitige Anschlüsse), der erste netzseitige Anschluss und der erste lastseitige Anschluss (die ersten Anschlüsse) sind insbesondere für einen Phasenleiter des Niederspannungsstromkreises vorgesehen und der zweite netzseitige Anschluss und der zweite lastseitige Anschluss (die zweiten Anschlüsse) sind insbesondere für einen Neutralleiter des Niederspannungsstromkreises vorgesehen,
    • eine mechanische Trennkontakteinheit, die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, wobei die mechanische Trennkontakteinheit den lastseitigen Anschlüssen und die elektronische Unterbrechungseinheit den netzseitigen Anschlüssen zugeordnet ist,
    • dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,
    • dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,
    • einer Stromsensoreinheit, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises,
    • einer Steuerungseinheit, die mit der Stromsensoreinheit, der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,
    • dass zwischen dem ersten und dem zweiten lastseitigen Anschluss eine erste Messimpedanz vorgesehen ist, derart, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit ein Strom vom ersten lastseitigen Anschluss über die Messimpedanz zum zweiten lastseitigen Anschluss fließen könnte.
  • Erfindungsgemäß ist zwischen den Leitern an den lastseitigen Anschlüssen eine erste Messimpedanz vorgesehen. Die erste Messimpedanz ist, von den netzseitigen Anschlüssen aus gesehen, d.h. von einer potenziellen Energiequelle aus gesehen, nach der mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehen. D.h. bei einem erfindungsgemäßen Schutzschaltgerät, dass sich im noch nicht eingebauten Zustand befindet (bzw. im noch nicht angeschlossenen Zustand), ist bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit an den lastseitigen Anschlüssen die Messimpedanz messtechnisch ermittelbar. Ist die Messimpedanz beispielsweise ein Widerstand, so ist dessen Widerstandswert (plus potenzielle Leitungswiderstände) ermittelbar. Weitere Einheiten des Schutzschaltgerätes sind durch die geöffneten Kontakte elektrisch getrennt.
  • Anders ausgedrückt: bei fehlender Last an den lastseitigen Anschlüssen und geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit fließt ein Messstrom über die netzseitigen Anschlüsse durch die elektronische Unterbrechungseinheit (EU), die geschlossenen Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit und durch die erste Messimpedanz.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass der erste Messwiderstand zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes verwendet werden kann. So kann ein Messstrom über den ersten Messwiderstand fließen. Durch Positionierung des ersten Messwiderstandes "am Ende" des Schutzschaltgerätes (in Richtung Last), d.h. nach der mechanischen Trennkontakteinheit, kann so insbesondere eine defekte mechanische Trennkontakteinheit ermittelt werden, beispielsweise wenn Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit verklebt bzw. verschweißt sind bzw. nicht ordnungsgemäß öffnen.
  • So kann mit dieser Ausgestaltung ein sicheres Schutzschaltgerät ermöglicht werden, wodurch die Sicherheit im Niederspannungsstromkreis für elektrische Verbraucher als auch Personen erhöht wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und im Ausführungsbeispiel angegeben.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass die erste Messimpedanz zur Ermittlung eines geschlossenen Zustandes der Kontakte der mechanisches Trennkontakteinheit verwendet wird, insbesondere bei nicht angeschlossener Last an den lastseitigen Anschlüssen. Insbesondere wird ein nicht vorgesehener (fehlerhafter) geschlossener Zustand der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit ermittelt, z.B. wenn Kontakte verschweißt oder verklebt sind, beispielsweise durch zu hohe Ströme.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Sicherheit eines Schutzschaltgerät erhöht wird, da Kontakte, die keine galvanische Trennung als Berührungs- bzw. Personenschutz bieten, erkannt werden. Weiterhin besteht der Vorteil, dass durch die passive Messimpedanz eine Verschleppung von Spannungen bzw. Signalen über die mechanische Trennkontakteinheit (insbesondere bei geöffneten Kontakten) nicht erfolgt (beispielsweise im Gegensatz dazu, wenn eine Spannungsmessung an Stelle des Messwiderstandes vorgesehen wäre, die mit der Steuerungseinheit verbunden ist). Die Messimpedanz ist ein rein passives Element ohne galvanische Verbindung zur Steuerungseinheit.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die mechanische Trennkontakteinheit eine Handhabe zum Öffnen und Schließen der Kontakte auf. Ferner kann ein mit der Steuerungseinheit verbundener Positionssensor vorgesehen sein, der insbesondere die Position der Handhabe ermittelt und an die Steuerungseinheit überträgt.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Funktionalität eines klassischen Leitungsschutzschalters gegeben ist. Ferner dass die Position der Handhabe und somit ein vorgesehener geöffneter oder geschlossener Zustand der mechanischen Trennkontakteinheit ermittelt wird, wobei der Zustand mit dem erfindungsgemäß ermittelten Zustand verglichen werden kann und bei Abweichungen entsprechende Maßnahmen (hochohmig werden, Signalisierung, etc.) vorgenommen werden können.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit derart ausgestaltet, dass die Kontakte durch die Steuerungseinheit geöffnet, aber nicht geschlossen werden können.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein erhöhter Schutz und eine erhöhte Betriebssicherheit gegeben ist, da ein fehlerbedingtes Schließen von Kontakten durch die Steuerungseinheit nicht möglich ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei vorgesehenen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die elektronische Unterbrechungseinheit für eine erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, so dass nur dann ein Messstrom über die erste Messimpedanz fließt, wenn die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit unvorhergesehen (fehlerhaft) geschlossen sind. Insbesondere bleibt die elektronische Unterbrechungseinheit anschließend in einem hochohmigen Zustand oder/und es wird ein Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass relativ einfach eine Prüfung auf fehlerhaft geschlossene Kontakte durchgeführt werden kann, auch wenn kein Verbraucher bzw. keine Last am Schutzschaltgerät (lastseitige Anschlüsse) angeschlossen ist, wobei die erste Messimpedanz einen detektierbaren Messstrom zur Funktionsprüfung hervorruft.
  • Im Beispiel wird die elektronische Unterbrechungseinheit ausgehend vom hochohmigen Zustand für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand geschaltet und ist anschließend wieder im hochohmigen Zustand.
  • Die erste Zeitspanne kann im Bereich 100 µs bis 1 s liegen. Beispielsweise 100 µs, 200 µs, ..., 1 ms, 2 ms, ..., 10 ms, 11 ms, ..., 20 ms, 21 ms, ..., 100 ms, ..., 200 ms, ... 1s.
  • Bei Schaltzeiten im Bereich 1 ms bis 2 ms kann relativ einfach eine Stromänderung zur Funktionsprüfung detektiert werden. Insbesondere Schaltzeiten von bis zu 10 ms sind vorteilhaft, um trotz eines Fehlers einen Personenschutz zu gewährleisten.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass für einen Leiter die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung unvorhergesehener / fehlerhaft geschlossener Kontakte gegeben ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei vorgesehenen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) die Höhe der durch die ersten Messimpedanz festgelegten Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit bei hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) ermittelt wird, dass bei Überschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes eine erste Fehlerbedingung vorliegt, so dass ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und ein Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert wird.
  • Abhängig von der Dimensionierung der Höhe der Messimpedanz und der Impedanz der hochohmigen elektronischer Unterbrechungseinheit, kann ein sinnvoller erster Spannungsschwellwert gewählt werden. Üblicherweise ist ein erster Spannungsschwellwert sinnvoll, der größer als 0,4 mal der anliegenden Nennspannung UN bzw. UNetz (insbesondere Effektivwert) des Niederspannungsstromkreises ist (>0,4*UN). Spezieller sinnvoll sind erste Spannungsschwellwerte > (0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 oder 0,9)* UN.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass neben der Ermittlung durch Stromüberwachung eine Überwachung durch eine Ermittlung der Höhe der Spannung gegeben ist, was insbesondere bei großen Werten der Messimpedanz (geringe Ströme) vorteilhaft ist. Weiterer Vorteil gegenüber der strombasierten Variante ist, dass die elektronischen Unterbrechungseinheit nicht niederohmig geschaltet werden muss (eingeschaltet) und somit eine ungewollte Versorgung eines evtl. angeschlossenen Verbrauchers / Last vermieden wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Leitern des Niederspannungsstromkreises eine zweite Messimpedanz derart vorgesehen ist, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit ein Messstrom über die netzseitigen Anschlüsse durch die elektronische Unterbrechungseinheit fließt.
  • Durch die beispielsweise zwischen zwei Leitern vor der (dem lastseitigen Anschluss zugeordneten) mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehenen zweiten Messimpedanz kann bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit ein weiterer Messstrom fließen. Der weitere Messstrom kann vorteilhaft zur weiteren Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes verwendet werden. Insbesondere, um eine fehlerhafte elektronische Unterbrechungseinheit zu ermitteln. So kann mit dieser Ausgestaltung die Sicherheit eines Schutzschaltgerätes weiter erhöht werden, wodurch die Sicherheit im Niederspannungsstromkreis weiter erhöht wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die (erste oder/und zweite) Messimpedanz ein elektrischer Widerstand oder/und Kondensator, d.h. ein einzelnes Element oder eine Serien- bzw. Parallelschaltung oder eine Serien- und Parallelschaltung zweier, dreier, vierer, fünfer ... Elemente. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Messimpedanz eine Serienschaltung eines elektrischen Widerstandes und Kondensators. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Messimpedanz einen hohen Widerstands- oder Impedanzwert auf, insbesondere dass der Widerstandswert größer als 100 kOhm, 500 kOhm, 1 MOhm, 2 MOhm, 3 MOhm, 4 MOhm oder 5 MOhm ist.
  • In einem 230 Volt (Nennspannung UN - Effektivwert) Niederspannungsstromkreis führt der Einsatz eines Messwiderstandes als Messimpedanz von z.B. 1 MOhm zu etwa 50 mW Verlusten.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sollte die Höhe des Wertes der Messimpedanz so bemessen sein, dass der Strom durch die Messimpedanz bei angelegter Netzspannung (im Nennbereich) kleiner als 1 mA ist, so dass die Verluste in der Messimpedanz (vernachlässigbar) klein sind. Bevorzugt ist der (Mess-)Strom kleiner als 0,1 mA.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Erwärmung im Schutzschaltgerät durch die Messimpedanz gering gehalten wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die elektronische Unterbrechungseinheit für eine/die erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, so dass ein Messstrom über die zweite Messimpedanz fließt, dass die erwartete Höhe des Messtromes über die zweite Messimpedanz mit einem ersten Schwellwert verglichen wird und bei dessen Überschreitung (auf einen nicht vorgesehenen geschlossen Zustand der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit geschlossen werden kann, so dass) die elektronische Unterbrechungseinheit anschließend in einem hochohmigen Zustand verbleibt oder/und ein Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert wird.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung unvorhergesehen / fehlerhaft geschlossener Kontakte gegeben ist, so dass ein Schutzschaltgerät mit erhöhter Sicherheit realisiert werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass für einen Leiter die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung unvorhergesehener / fehlerhaft geschlossener Kontakte gegeben ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei vorgesehenen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit die Höhe der durch die zweite Messimpedanz festgelegten Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit bei hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit ermittelt wird,
    dass bei Überschreitung eines zweiten Spannungsschwellwertes eine zweite Fehlerbedingung vorliegt, so dass ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und ein Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert wird.
  • D.h. bei Unterschreitung des zweiten Spannungsschwellwertes liegt keine Fehlerbedingung vor.
  • Der zweite Spannungsschwellwert hängt vom Verhältnis der Höhe der Impedanz der elektronischen Unterbrechungseinheit zur Höhe der Impedanz der Messimpedanz ab. Der zweite Spannungsschwellwert kann beispielsweise kleiner als ein Viertel der Höhe der Nennspannung (UN) des Niederspannungsstromkreises sein. (0,25*UN). Mit Nennspannung ist in dieser Patentanmeldung insbesondere die tatsächlich vorliegende bzw. anliegende Netzspannung (am Schutzschaltgerät) gemeint. Das Spannungsverhältnis durch den Spannungsteiler bleibt konstant. Bei geänderter Netzspannung ändert sich die Schalterspannung.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass neben der Ermittlung durch Stromüberwachung eine Überwachung durch eine Ermittlung der Höhe der Spannung gegeben ist, was insbesondere bei großen Werten der (ersten oder/und) zweiten Messimpedanz (geringe Ströme) vorteilhaft ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
    • bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet, insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geschlossen bleibt,
    • bei einem ermittelten Strom, der einen zweiten Stromwert, insbesondere für eine zweite Zeitgrenze, überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöffnet wird,
    • bei einem ermittelten Strom, der einen dritten Stromwert überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöffnet wird.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein abgestuftes Abschaltkonzept bei erhöhten Strömen für ein erfindungsgemäßes Schutzschaltgerät vorliegt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinheit einen Mikrocontroller auf.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass die erfindungsgemäßen Funktionen zur Erhöhung der Sicherheit eines Schutzschaltgerätes bzw. des zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis durch ein (anpassbares) Computerprogrammprodukt realisiert werden können. Ferner können Änderungen und Verbesserungen der Funktion dadurch individuell auf ein Schutzschaltgerät geladen werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Schutzschaltgerät ferner derart ausgestaltet sein, dass eine oder weitere Verfeinerungen vorgesehen sind:
    • eine insbesondere zweipolige mechanische Trennkontakteinheit mit lastseitigen Anschlusspunkten und netzseitigen Anschlusspunkten, wobei die lastseitigen Anschlusspunkte mit lastseitigen Neutral- und Phasenleiteranschlüssen verbunden sind,
    • eine insbesondere einpolige elektronische Unterbrechungseinheit,
    mit einem netzseitigen Verbindungspunkt, der mit dem netzseitigen Phasenleiteranschluss in elektrischer Verbindung steht, und
    einem lastseitigen Verbindungspunkt, der mit einem netzseitigen Anschlusspunkt der mechanischen Trennkontakteinheit verbunden ist.
    Wodurch vorteilhaft ein sicheres und zudem einfaches Schutzschaltgerät realisierbar ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene erste Spannungssensoreinheit vorgesehen, die die Höhe einer/der ersten Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit, insbesondere zwischen netzseitigem Verbindungspunkt und lastseitigem Verbindungspunkt der elektronischen Unterbrechungseinheit, ermittelt.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Lösung mit nur einer Spannungssensoreinheit gegeben ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist alternativ eine mit der Steuerungseinheit verbundene zweite Spannungssensoreinheit vorgesehen, die die Höhe einer zweiten Spannung zwischen netzseitigem Neutralleiteranschluss und netzseitigem Phasenleiteranschluss ermittelt. Weiterhin ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene dritte Spannungssensoreinheit vorgesehen, die die Höhe einer dritten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und lastseitigen Verbindungspunkt der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt. Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass aus der Differenz zwischen zweiter und dritter Spannung die Höhe einer/der ersten Spannung zwischen netzseitigem Verbindungspunkt und lastseitigem Verbindungspunkt der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitere Lösung, basierend auf klassischen Spannungsmessungen gegeben ist. Zudem wird eine weiterreichende Prüfung des Schutzschaltgerätes ermöglicht.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stromsensoreinheit stromkreisseitig zwischen netzseitigem Phasenleiteranschluss und lastseitigem Phasenleiteranschluss vorgesehen.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine kompakte Zweiteilung des Gerätes gegeben ist, mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit im Phasenleiter nebst Stromsensoreinheit einerseits und einem durchgehenden Neutralleiter andererseits. Ferner wird mit einer Stromsensoreinheit im Phasenleiter eine weitergehende Überwachung bezüglich Ströme sowohl im Stromkreis selbst als auch bei einer fehlerhaften Verbindung eines Phasenleiters zur Erde / einem Erdleiter erreicht.
  • Erfindungsgemäß kann ein korrespondierendes Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen (halbleiterbasierten) Schaltelementen mit den gleichen und weiteren Vorteilen vorgesehen sein. Erfindungsgemäß kann ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt beansprucht werden. Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Mikrocontroller diesen veranlassen die Sicherheit eines derartigen Schutzschaltgerätes zu verbessern bzw. eine höhere Sicherheit im durch das Schutzschaltgerät zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis zu erreichen.
  • Der Mikrocontroller ist Teil des Schutzschaltgerätes, insbesondere der Steuerungseinheit.
  • Erfindungsgemäß kann ein korrespondierendes computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist, beansprucht werden.
  • Erfindungsgemäß kann ein korrespondierendes Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt überträgt, beansprucht werden.
  • Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes, insbesondere eine Verbesserung der Sicherheit eines Schutzschaltgerätes bzw. in Folge des elektrischen Stromkreises, 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 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Niederspannungswechselstromkreis, mit einem Gehäuse GEH, aufweisend:
    • einen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG, einem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG, einem lastseitigen Neutralleiteranschluss NL, einem lastseitigen Phasenleiteranschluss LL des Niederspannungsstromkreises; an der Netzseite GRID ist üblicherweise eine Energiequelle angeschlossen, an der Lastseite LOAD ist üblicherweise ein Verbraucher bzw. Last angeschlossen;
    • eine (zweipolige) mechanische Trennkontakteinheit MK mit lastseitigen Anschlusspunkten APLL, APNL und netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG, wobei für den Neutralleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt APNL, für den Phasenleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt APLL, für den Neutralleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt APNG, für den Phasenleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt APLG vorgesehen ist. Die lastseitigen Anschlusspunkte APNL, APLL sind mit den lastseitigen Neutral- und Phasenleiteranschlüssen NL, LL verbunden, so dass ein Öffnen von Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,
    • eine, insbesondere einpolige, elektronische Unterbrechungseinheit EU, (die bei einpoliger Ausführung insbesondere im Phasenleiter angeordnet ist,) mit einem netzseitigen Verbindungspunkt EUG, der mit dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG in elektrischer Verbindung steht, und einem lastseitigen Verbindungspunkt EUL, der mit dem netzseitigen Anschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK in elektrischer Verbindung steht bzw. verbunden ist, wobei die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist bzw. schaltbar ist,
    • eine Stromsensoreinheit SI, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, die insbesondere im Phasenleiter angeordnet ist,
    • einer Steuerungseinheit SE, die mit der Stromsensoreinheit SI, der mechanischen Trennkontakteinheit MK und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird.
  • Erfindungsgemäß ist zwischen Leitern des Niederspannungsstromkreises eine erste Messimpedanz ZM1 derart vorgesehen, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit ein Strom vom ersten lastseitigen Anschluss / lastseitigen Neutralleiteranschluss NL über die Messimpedanz zum zweiten lastseitigen Anschluss / lastseitigen Phasenleiteranschluss LL fließen könnte.
  • Dies kann derart erfolgen, dass zwischen lastseitigen Neutralleiteranschluss NL und lastseitigen Phasenleiteranschluss LL die erste Messimpedanz ZM1 geschaltet ist. Die erste Messimpedanz ZM1 kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand oder/und Kondensator sein. Insbesondere kann die Messimpedanz eine Serienschaltung oder(/und) Parallelschaltung eines Widerstandes oder/und Kondensator sein.
  • Ferner kann erfindungsgemäß zwischen Leitern des Niederspannungsstromkreises eine zweite Messimpedanz ZM2 derart vorgesehen sein, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit ein Messstrom über die netzseitigen Anschlüsse durch die elektronische Unterbrechungseinheit fließt.
  • Dies kann derart erfolgen, dass zwischen den netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG der mechanischen Trennkontakteinheit MK eine zweite Messimpedanz ZM2 geschaltet ist. Die zweite Messimpedanz ZM2 kann ebenfalls beispielsweise ein elektrischer Widerstand oder/und Kondensator sein. Insbesondere kann die Messimpedanz eine Serienschaltung oder(/und) Parallelschaltung eines Widerstandes oder/und Kondensator sein.
  • Durch die zweite Messimpedanz ZM2 wird ein definiertes Potential im Schutzschaltgerät erzeugt, insbesondere ein definiertes Spannungspotential über der elektronischen Unterbrechungseinheit EU. Ferner ein definierter Messstrom im Schutzschaltgerät, ohne dass ein angeschlossener Verbraucher / Last davon beeinflusst wird.
  • Sowohl der Messstrom, hervorgerufen durch die erste oder/und zweite Messimpedanz kann erfindungsgemäß ausgewertet werden, als auch (oder/und) die Spannung über bestimmten Einheiten, wie beispielsweise der elektronischen Unterbrechungseinheit EU.
  • Durch die Auswertung kann das korrekte Verhalten der Einheiten, insbesondere der elektronischen Unterbrechungseinheit EU, erfasst werden.
  • Durch die erste Messimpedanz wird insbesondere ein Fehlverhalten der mechanischen Trennkontakteinheit ermittelt, insbesondere bei nicht angeschlossenem Verbraucher bzw. Last.
  • Die (erste bzw. zweite) Messimpedanz ZM1, ZM2 sollte einen sehr hohen Wert (Widerstands- oder Impedanzwert) haben, um die Verluste gering zu halten. Beispielsweise bei einem Widerstand einen Wert von z.B. 1 MOhm. Ein Wert von 1 MOhm führt zu Verlusten von etwa 50 mW in einem 230 V Niederspannungsstromkreis.
  • Die Messimpedanz sollte größer als 100 KOhm, 500 kOHm, 1 MOhm, 2 MOhm, 3 MOhm, 4 MOhm oder besser 5 MOhm sein.
  • Das Schutzschaltgerät kann derart ausgestaltet sein, dass die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist. D.h. die Höhe einer ersten Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ist ermittelbar bzw. wird ermittelt.
  • Hierzu ist im Beispiel gemäß Figur 1 eine mit der Steuerungseinheit SE verbundene erste Spannungssensoreinheit SU1 vorgesehen, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt.
  • Bei der Spannungsmessung durch die erste Spannungssensoreinheit SU1 kann alternativ auch die Spannung über der Serienschaltung von elektronischer Unterbrechungseinheit EU und Stromsensor SI ermittelt werden, wie in Figur 1 dargestellt. Die Stromsensoreinheit SI weist einen sehr geringen Innenwiderstand auf, so dass die Ermittlung der Höhe der Spannung nicht oder vernachlässigbar beeinträchtigt wird.
  • Vorteilhafterweise kann eine zweite Spannungssensoreinheit SU2 vorgesehen sein, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasenleiteranschluss LG ermittelt.
  • Die erste Spannungssensoreinheit kann auch ersetzt werden, in dem zwei Spannungsmessungen (vor der elektronischen Unterbrechungseinheit und nach der elektronischen Unterbrechungseinheit) verwendet werden. Durch eine Differenzbildung wird die Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt.
  • So kann eine/die mit der Steuerungseinheit SE verbundene zweite Spannungssensoreinheit SU2 vorgesehen sein, die die Höhe einer zweiten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss (NG) und netzseitigen Phasenleiteranschluss (LG) ermittelt. Ferner kann eine mit der Steuerungseinheit verbundene (nicht dargestellte) dritte Spannungssensoreinheit SU3 vorgesehen sein, die die Höhe einer dritten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt. Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass aus der Differenz zwischen zweiter und dritter Spannung die Höhe einer/der ersten Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt wird.
  • Im Beispiel gemäß Figur 1 ist die elektronische Unterbrechungseinheit EU einpolig ausgeführt, im Beispiel im Phasenleiter. Hierbei ist der netzseitige Anschlusspunkt APNG für den Neutralleiter der mechanischen Trennkontakteinheit MK mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG des Gehäuses GEH verbunden.
  • Das Schutzschaltgerät SG ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch die Steuerungseinheit SE geöffnet, aber nicht geschlossen werden können, was durch einen Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet ist.
  • Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist durch eine mechanische Handhabe HH am Schutzschaltgerät SG bedienbar, um ein manuelles (händisches) Öffnen oder ein Schließen der Kontakte KKL, KKN zu schalten. Die mechanische Handhabe HH zeigt den Schaltzustand (Offen oder Geschlossen) der Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit MK an.
  • Des Weiteren kann die Position der Handhabe, geschlossen bzw. geöffnet) an die Steuerungseinheit SE übermittelbar sein. Die Position der Handhabe kann z.B. mittels eines (Positions-) Sensors ermittelt werden.
  • Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass ein (manuelles) Schließen der Kontakte durch die mechanische Handhabe erst nach einer Freigabe (enable), insbesondere einem Freigabesignal, möglich ist. Dies ist ebenfalls durch den Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet. D. h., die Kontakte KKL, KKN der mechanischen Trennkontakteinheit MK können durch die Handhabe HH erst bei Vorliegen der Freigabe bzw. des Freigabesignals (von der Steuerungseinheit) geschlossen werden. Ohne die Freigabe bzw. das Freigabesignal kann die Handhabe HH zwar betätigt, die Kontakte aber nicht geschlossen werden ("Dauerrutscher").
  • Das Schutzschaltgerät SG weist eine Energieversorgung NT, beispielsweise ein Netzteil, auf. Insbesondere ist die Energieversorgung NT für die Steuerungseinheit SE vorgesehen, was durch eine Verbindung zwischen Energieversorgung NT und Steuerungseinheit SE in Figur 1 angedeutet ist. Die Energieversorgung NT ist (andererseits) mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG verbunden. In die Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG (oder/und Phasenleiteranschluss LG) kann vorteilhaft eine Sicherung SS, insbesondere Schmelzsicherung, vorgesehen sein.
  • Alternativ kann im Falle einer zweiten Messimpedanz ZM2 diese über die Sicherung SS mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG verbunden sein.
  • Damit kann vorteilhaft eine dreipolige Elektronikeinheit EE (Fig 3) realisiert werden, beispielsweise als Modul, die drei Anschlusspunkte aufweist, einen Neutralleiteranschlusspunkt und zwei Phasenleiteranschlusspunkte. Die Elektronikeinheit EE weist beispielsweise die elektronische Unterbrechungseinheit EU, die Steuerungseinheit SE, die Energieversorgung NT (insbesondere inklusive Sicherung SS), die Stromsensoreinheit SI, die erste Spannungssensoreinheit SU1 und optional die zweite Spannungssensoreinheit SU2 auf.
  • Der Niederspannungsstromkreis kann ein Dreiphasenwechselstromkreis sein, mit einem Neutralleiter und drei Phasenleitern. Das Schutzschaltgerät kann hierfür als dreiphasige Variante ausgestaltet sein und beispielsweise weitere netzseitige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse aufweisen. Zwischen den weiteren netzseitigen und lastseitigen Phasenleiteranschlüssen ist in analoger Weise jeweils eine Serienschaltung einer elektronischer Unterbrechungseinheiten bzw. deren halbleiterbasierte Schaltelemente und ein Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehen. Die erste oder/und zweite Messimpedanz können jeweils zwischen Phasenleiter und Neutralleiter oder/und zwischen den Phasenleitern vorgesehen sein.
  • 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 Milliohm, 10 Milliohm, 1 Milliohm oder kleiner sind.
  • Figur 2 zeigt eine Abbildung gemäß Figur 1, mit dem Unterschied, dass an der Netzseite GRID eine Energiequelle EQ mit einer Nennspannung UN des Niederspannungsstromkreises angeschlossen ist. Die Nennspannung UN soll auch zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasenleiteranschluss LG anliegen. Mit Nennspannung ist in dieser Patentanmeldung die tatsächlich vorliegende bzw. anliegende Netzspannung (am Schutzschaltgerät) gemeint.
  • Diese kann im Schutzschaltgerät durch die zweite Spannungssensoreinheit SU2 ermittelt werden.
  • Der Spannungsabfall Uswitch über der elektronischen Unterbrechungseinheit EU kann durch die erste Spannungssensoreinheit SU1 ermittelt werden.
  • Ferner ist an der Lastseite LOAD ein Verbraucher bzw. Energiesenke ES angeschlossen.
  • Weiterhin ist bei der Verbindung von Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakteinheit MK ein Freigabesignal enable eingezeichnet.
  • Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist in einem geöffneten Zustand OFF dargestellt, d. h. mit geöffneten Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses.
  • Das Schutzschaltgerät SG arbeitet beispielsweise prinzipiell derart, dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
    • bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet, insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geschlossen bleibt,
    • bei einem ermittelten Strom, der einen höheren zweiten Stromwert, insbesondere für eine zweite Zeitgrenze, überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geöffnet wird,
    • bei einem ermittelten Strom, der einen noch höheren dritten Stromwert überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geöffnet wird.
  • Figur 3 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 1 und 2, mit dem Unterschied, dass das Schutzschaltgerät zweiteilig aufgebaut ist. Es enthält einen elektronischen ersten Teil EPART, beispielsweise auf einer Leiterplatte / Printed Circuit Board. Der erste Teil EPART kann die Steuerungseinheit SE, die zweite Messimpedanz ZM2, die Stromsensoreinheit SI, die elektronische Unterbrechungseinheit EU, die Energieversorgung NT, aufweisen. Ferner kann der erste Teil die erste Spannungssensoreinheit SU1, die zweite Spannungssensoreinheit SU2, die Schmelzsicherung SS, einen Schalter SCH, einen Temperatursensor TEM (insbesondere für die elektronische Unterbrechungseinheit EU), eine Kommunikationseinheit COM, eine Anzeigeeinheit DISP aufweisen.
  • Der erste Teil EPART weist nur drei Anschlüsse auf:
    • den netzseitigen Phasenleiter Anschluss LG,
    • einen Anschluss für den bzw. zum netzseitigen Phasenleiteranschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK,
    • einen Anschluss für eine Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG.
  • Das Schutzschaltgerät enthält einen, insbesondere mechanischen, zweiten Teil MPART. Der zweite Teil MPART kann die mechanische Trennkontakteinheit MK, die Handhabe HH, eine Freigabeeinheit FG aufweisen. Ferner kann der zweite Teil eine Positionseinheit POS, zur Meldung der Position der Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit MK an die Steuerungseinheit, sowie die (Neutralleiter-)Verbindung(en) aufweisen. Der zweite Teil MPART enthält in diesem Beispiel die erste Messimpedanz ZM1.
  • Es können weitere, nicht näher bezeichnete, Einheiten vorgesehen sein.
  • Durch die Zweiteilung lässt sich vorteilhaft ein erfindungsgemäßes kompaktes Schutzschaltgerät realisieren.
  • Die Freigabeeinheit FG bewirkt eine Freigabe der Betätigung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe HH, wenn ein Freigabesignal enable vorliegt.
  • Im Folgenden soll die Erfindung nochmals zusammengefasst und näher erläutert werden.
  • Ein typisches Fehlerbild von Kontakten mechanischer Trennkontakteinheiten MK ist das Verschweißen der Kontaktflächen, wodurch ein Öffnen des Kontaktes nicht mehr möglich ist. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass sich ein Kontakt nicht mehr schließen lässt.
  • Für die sichere Betriebsführung eines Schutzschaltgerätes wäre eine verlässliche Erkennung des Schaltzustandes der Kontakte wünschenswert bzw. andererseits die Erkennung einer fehlerhaften mechanischer Trennkontakteinheit.
  • Vorteilhaft ist eine Abfrage des Schaltzustandes der Kontakte mit unterschiedlichen Messprinzipien, um diese wichtige Information redundant bestimmen zu können. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn möglichst wenig zusätzliche Komponenten für die Zustandserkennung benötigt werden.
  • Eine Möglichkeit ist die Positionsüberwachung der Handhabe, beispielsweise mittels Hall-Sensoren oder Endlagentastern. Hierbei ist es üblich, eine (absolute) Endlage zu erfassen. Verschweißt beispielsweise ein Kontakt beim Öffnen, kann z.B. eine Handhabe in einer Zwischenstellung zwischen "geschlossen" und "getrennt" verbleiben. Dieser Zustand ist dann nicht eindeutig auswertbar. Ein anderer Fall ist, wenn die Handhabe in der Ein-Position (geschlossen) gehalten wird und eine Freiauslösung die Kontakte öffnet. Der Sensor erfasst weiter die Ein-Position der Handhabe, wobei der Kontakt bereits geöffnet ist.
  • Durch Ermittlung der Spannung über dem Kontakt könnte der Schaltzustand ermittelt werden, allerdings versagt diese Methode, wenn kein Verbraucher (bzw. Last) angeschlossen ist, also im unbelasteten Fall des Schutzschaltgerätes.
  • Erfindungsgemäß wird eine erste Messimpedanz am lastseitigen Anschluss vorgeschlagen (zwischen mechanischer Trennkontakteinheit und lastseitigen Anschlüssen).
  • Durch Messung und Auswertung von Strom, Spannung oder Impedanz (bei rein ohmscher Messimpedanz(en): Widerstandswerten) kann eine Ermittlung eines fehlerhaften bzw. nicht vorgesehen Zustandes der Kontakte einer mechanischen Trennkontakteinheit erfolgen.
  • Dies soll anhand der folgenden Spannungs- bzw. Impedanzverhältnisse beispielhaft erläutert werden.
  • Mit der zusätzlichen ersten Messimpedanz ZM1 ergeben sich die folgenden Spannungsverhältnisse.
    • Wobei:
    • Zel switch off
    Impedanzwert der elektronischen Unterbrechungseinheit im hochohmigen Zustand
    Zmeas1
    Impedanzwert der ersten Messimpedanz ZM1
    Zmeas2
    Impedanzwert der zweiten Messimpedanz ZM2
    Zload
    Impedanzwert eines angeschlossenen Verbrauchers ES
    • Kontakte offen: U switch U N = Z el switch off Z el switch off + Z meas 2
      Figure imgb0004
    • Kontakte geschlossen:
      • ∘ Belastet (mit angeschlossenem Verbraucher ES): U switch U N = Z el switch off Z el switch off + Z meas 1 − 1 + Z meas 2 − 1 + Z load − 1 − 1
        Figure imgb0005
      • o Unbelastet (ohne angeschlossenem Verbraucher ES): U switch U N = Z el switch off Z el switch off + Z meas 1 − 1 + Z meas 2 − 1 − 1
        Figure imgb0006
  • Es ist zu erkennen, dass die Schaltzustände der Kontakte im belasteten und unbelasteten Fall eindeutig unterschieden werden können.
  • Im geschlossenen, unbelasteten Zustand konvergiert die Ausgangsimpedanz des Schutzschaltgerätes mit erster und zweiter Messimpedanz ZM1, ZM2 gegen den Impedanzwert Z meas1 || Z meas2 (Impedanzwert der Parallelschaltung beider Messimpedanzen). Unter der Annahme Zmeas1<<Zmeas2 konvergiert die Ausgangsimpedanz des Schutzschaltgerätes im geschlossenen, unbelasteten Zustand mit erster Messimpedanz ZM1 gegen den Impedanzwert Z meas1.
  • Ohne die erste Messimpedanz ZM1 konvergiert die gemessene Spannung bei offenem Kontakt ohne Last gegen die Spannung bei geöffnetem Kontakten.
  • Durch die erste Messimpedanz ZM1 wird die maximale Ausgangsimpedanz des Schutzschaltgerätes nach oben hin begrenzt, wodurch die Spannungsverhältnisse sich deutlich vom Fall ohne die erste Messimpedanz ZM1 mit geöffnetem Trenner unterscheiden.
  • In den vorangegangenen Ausführungen wurden für die Impedanzwerte ein ohmsches Verhalten angenommen. Das Verfahren kann jedoch genauso mit komplexen Impedanzen angewandt werden.
  • Bei der Verwendung von komplexen Impedanzen kann optional zur gemessen Spannungsamplitude (oder zum Effektivwert) die Phasenlage der gemessenen Spannungen ausgewertet werden. Die Auswertung der Spannungen wird dadurch komplexer, aber es kann noch deutlicher zwischen den Schaltzuständen unterschieden werden.
  • In einer vorteilhaften Gestaltung werden große Messimpedanzen verwendet, um die Verluste gering zu halten, wobei für die Höhe der ersten Messimpedanz ein anderer Wert als für die Höhe der zweiten Messimpedanz verwendet wird, beispielsweise: Z meas 1 = 1 M Ω Z meas 2 = 2 M Ω
    Figure imgb0007
  • Die Impedanz der elektronischen Unterbrechungseinheit EU hängt stark von der Schaltungstopologie und dessen Energieabsorber ab. Typische Werte liegen hier bei | Zel switch oƒƒ | = 600kΩ wobei es sich hierbei um eine ohmsch-kapazitive Impedanz handelt.
  • Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei vorgesehenen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit EU die elektronische Unterbrechungseinheit EU für eine erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, so dass nur dann ein Messstrom über die erste Messimpedanz fließt, wenn die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK fehlerhaft bzw. unvorhergesehen geschlossen sind. Fließt ein Messstrom, der über die Stromsensoreinheit erfasst wird, so kann auf einen fehlerhaft geschlossenen Zustand der Kontakte geschlussfolgert werden. Die Höhe des Messstromes ist durch den Wert der Höhe der ersten Messimpedanz ZM1 bestimmt. Wird auf einen fehlerhaft geschlossenen Zustand der Kontakte geschlussfolgert, weil ein Messstrom fließt, dessen Höhe im Bereich des durch den Wert der Höhe der ersten Messimpedanz ZM1 liegt, so kann beispielsweise die elektronische Unterbrechungseinheit anschließend in einem hochohmigen Zustand verbleiben. Alternativ oder zusätzlich kann dieser Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert werden. Ferner kann das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet sein, das zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei vorgesehenen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK die Höhe der durch die erste Messimpedanz ZM1 festgelegten Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit bei hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit EU ermittelt wird. Bei Überschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes liegt eine erste Fehlerbedingung vor. Üblicherweise wird bei geöffneten Kontakten und nur der ersten Messimpedanz eine sehr kleine Spannung (idealerweise keine Spannung) (kleiner 10 Volt) über der elektronischen Unterbrechungseinheit anliegen. Liegt eine Spannung an, insbesondere in der Höhe der durch die erste Messimpedanz ZM1 festgelegten Spannung, so kann auf fehlerhaft geschlossene Kontakte geschlussfolgert werden. So kann in der Folge ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann dieser Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert werden.
  • Das Schutzschaltgerät kann derart ausgestaltet sein, dass zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit EU die elektronische Unterbrechungseinheit EU für eine/die erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, so dass ein Messstrom über die zweite Messimpedanz fließt. Die erwartete Höhe des Messtromes über die zweite Messimpedanz wird mit einem ersten Schwellwert verglichen und bei dessen Überschreitung, d.h. wenn die erste Messimpedanz durch die Parallelschaltung den Impedanzwert verringert - ein größerer Strom fließt, kann auf einen nicht vorgesehen geschlossen Zustand der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK geschlossenen werden. Infolgedessen kann die elektronische Unterbrechungseinheit anschließend in einem hochohmigen Zustand verbleiben. Alternativ oder zusätzlich kann dieser Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert werden.
  • Das Schutzschaltgerät kann ferner derart ausgestaltet sein, dass bei vorgesehenen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK die Höhe der durch die zweite Messimpedanz festgelegten Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit bei hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) ermittelt wird. Bei Überschreitung eines zweiten Spannungsschwellwertes liegt eine zweite Fehlerbedingung vor, da durch die nicht vorgesehene erste Messimpedanz eine höhere Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit abfällt, so dass auf einen nicht vorgesehen geschlossen Zustand der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK geschlossenen werden kann. Infolgedessen kann ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann dieser Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert werden.
  • Mit einer Positionsmeldung der Kontakte kann z.B. ein erwarteter Zustand der Kontakte (geschlossen, geöffnet) gemeldet bzw. abgefragt werden.
  • Die elektronische Unterbrechungseinheit EU (respektive der elektronische Schalter) wird z.B. für eine sehr kurze Zeit (im Millisekunden-Bereich) eingeschaltet. Durch eine Strom- oder/und Spannungsmessung und (anschließender) Auswertung kann festgestellt werden, ob der vorgesehene (Schalt-)Zustand der Kontakte (geschlossen / geöffnet) mit dem realen (Schalt-)Zustand der Kontakte (geschlossen / geöffnet) übereinstimmt.
  • So können verklebte bzw. verschweißte Kontakte ermittelt werden.
  • Ist die Überprüfung fehlerfrei, kann eine (erste) Freigabebedingung zum Einschalten des Schutzschaltgerätes, speziell der elektronischen Unterbrechungseinheit vorliegen.
  • Ist die Überprüfung nicht fehlerfrei, wird keine Freigabe zum Einschalten des Schutzschaltgerätes erfolgen, es lieget eine Fehlerbedingung vor, sodass der Abgang bzw. Verbraucher / Load nicht eingeschaltet werden kann und somit ein gefährlicher Zustand verhindert wird.
  • Mit vorliegender Erfindung ist es möglich, den Schaltzustand der Kontakte eines Schutzschaltgerätes bzw. dessen mechanischer Trennkontakteinheit über die vorhandenen Strom- oder (speziell) Spannungsmessungen im belasteten und unbelasteten Zustand eindeutig zu erkennen.
  • Die zusätzliche erste Messimpedanz ZM1 (Z meas1) kann genauso bei den strombasierten Zustandsermittlungen der Kontakte eingesetzt werden. Auch hier definiert die erste Messimpedanz ZM1 eine maximale Ausgangsimpedanz und somit fest definierte Strompegel im unbelasteten Zustand des Schutzschaltgerätes. Eine eindeutige Unterscheidung zwischen geöffnetem und geschlossenem Kontakten ist somit stets möglich.
  • Erfindungsgemäß müssen keine zusätzlichen Messungen bzw. Sensoren verwendet werden. Der Schaltzustand wird anhand rein elektrischer Größen ermittelt. Er kann ggfs. mit weiteren Positionserfassungen verglichen werden.
  • Vorteile:
    • Nutzung bereits vorhandener Messungen
    • Nur eine zusätzliche Messimpedanz wird benötigt → günstige Lösung
    • Eindeutige Detektion von geöffneten und geschlossenen Trennkontakten mit und ohne angeschlossene Last
    • Erkennung von verschweißten Kontakten
    • Unabhängig von mechanischen Endlagenschaltern oder Hallsensoren
    • Erkennung des offenen Kontaktes auch bei Freiauslösung. Dies ist mit einem einzelnen Positionssensor, der den Ein-Zustand der Handhabe erkennt, nicht möglich.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (16)

  1. Schutzschaltgerät (SG) zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis aufweisend:
    - ein Gehäuse (GEH) mit einem ersten und einem zweiten netzseitigen Anschluss sowie einem ersten und einem zweiten lastseitigen Anschluss,
    - eine mechanische Trennkontakteinheit (MK), die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist, wobei die mechanische Trennkontakteinheit den lastseitigen Anschlüssen und die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) den netzseitigen Anschlüssen zugeordnet ist,
    - dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,
    - dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,
    - einer Stromsensoreinheit (SI), zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises,
    - einer Steuerungseinheit (SE), die mit der Stromsensoreinheit (SI), der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,
    - dass zwischen dem ersten und dem zweiten lastseitigen Anschluss eine erste Messimpedanz (ZM1) vorgesehen ist,
    derart, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) ein Strom vom ersten lastseitigen Anschluss über die Messimpedanz zum zweiten lastseitigen Anschluss fließen könnte.
  2. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass die erste Messimpedanz zur Ermittlung eines geschlossenen Zustandes der Kontakte der mechanisches Trennkontakteinheit (MK) verwendet wird, insbesondere bei nicht angeschlossener Last an den lastseitigen Anschlüssen,
    insbesondere dass ein nicht vorgesehener geschlossener Zustand der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) ermittelt wird.
  3. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass die mechanische Trennkontakteinheit eine Handhabe zum Öffnen und Schließen der Kontakte aufweist,
    dass ein mit der Steuerungseinheit verbundener Positionssensor vorgesehen ist, der insbesondere die Position der Handhabe ermittelt und an die Steuerungseinheit überträgt.
  4. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) derart ausgestaltet ist, dass die Kontakte durch die Steuerungseinheit (SE) geöffnet, aber nicht geschlossen werden können.
  5. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist,
    dass zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei vorgesehenen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, so dass nur dann ein Messstrom über die erste Messimpedanz fließt, wenn die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) fehlerhaft/unvorhergesehen geschlossen sind,
    insbesondere dass die elektronische Unterbrechungseinheit anschließend in einem hochohmigen Zustand verbleibt oder/und ein Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert wird.
  6. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass für einen Leiter die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) ermittelbar ist.
  7. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist,
    dass zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei vorgesehenen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) die Höhe der durch die ersten Messimpedanz festgelegten Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit bei hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) ermittelt wird,
    dass bei Überschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes eine erste Fehlerbedingung vorliegt, so dass ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und ein Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert wird.
  8. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen Leitern des Niederspannungsstromkreises eine zweite Messimpedanz (ZM2) derart vorgesehen ist, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) ein Messstrom über die netzseitigen Anschlüsse durch die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) fließt.
  9. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Messimpedanz ein elektrischer Widerstand oder/und Kondensator ist.
  10. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Messimpedanz eine Serienschaltung eines elektrischen Widerstandes und Kondensators ist.
  11. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Messimpedanz einen hohen Widerstands- oder Impedanzwert aufweist, insbesondere dass der Widerstandswert größer als 100 kOhm, 500 kOhm, 1 MOhm, 2 MOhm, 3 MOhm, 4 MOhm oder 5 MOhm ist.
  12. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist,
    dass zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, so dass ein Messstrom über die zweite Messimpedanz fließt,
    dass die erwartete Höhe des Messtromes über die zweite Messimpedanz mit einem ersten Schwellwert verglichen wird und bei dessen Überschreitung die elektronische Unterbrechungseinheit anschließend in einem hochohmigen Zustand verbleibt oder/und ein Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert wird.
  13. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass für einen Leiter die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) ermittelbar ist.
  14. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass bei vorgesehenen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) die Höhe der durch die zweite Messimpedanz festgelegten Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit bei hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) ermittelt wird,
    dass bei Überschreitung eines zweiten Spannungsschwellwertes eine zweite Fehlerbedingung vorliegt, so dass ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und ein Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert wird.
  15. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
    - bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet, insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geschlossen bleibt,
    - bei einem ermittelten Strom, der einen zweiten Stromwert, insbesondere für eine zweite Zeitgrenze, überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöffnet wird,
    - bei einem ermittelten Strom, der einen dritten Stromwert überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöffnet wird.
  16. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuerungseinheit (SE) einen Mikrocontroller aufweist.
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