DE102005047042B4

DE102005047042B4 - Leitungsschutzschalter mit zeitverzögerter Auslösung

Info

Publication number: DE102005047042B4
Application number: DE200510047042
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Finger; Bernhard Franz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: CN1983492B; DE102005047042A1; CN1983492A

Abstract

Leitungsschutzschalter mit
– einer Versorgungsklemme (V1, V2), an die eine Spannungsversorgungseinrichtung (SV) anschließbar ist,
– einer Lastklemme (L1, L2), an die eine elektrische Last anschließbar ist,
– einem Schaltkontakt (S1, S2), der zwischen die Versorgungsklemme (V1, V2) und die Lastklemme (L1, L2) geschaltet ist,
– einer Auslöseeinrichtung (A) zum Öffnen des Schaltkontakts (S1, S2),
– einem Energiespeicher (E) zum Liefern von Auslöseenergie an die Auslöseeinrichtung (A),
– einer Zeitverzögerungseinrichtung (Z) zum zeitverzögerten Liefern eines Auslösesignals an die Auslöseeinrichtung (A), und
– der Stromversorgungseinrichtung (SV), die über einen Abgriff an einer Stromleitung zwischen der Versorgungsklemme (V1, V2) und der Lastklemme (L1, L2) angeschlossen ist, zur Stromversorgung des Energiespeichers (E),
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Abgriff zwischen der Versorgungsklemme (V1, V2) und dem Schaltkontakt (S1, S2) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiger Leitungsschutzschalter dient üblicherweise als Vorautomat in einem Gebäudeinstallationssystem.
Leitungsschutzschalter sind typischerweise hierarchisch hintereinander geschaltet. Mehreren „normalen" Leitungsschutzschaltern ist ein selektiver Vorautomat vorgeschaltet, der im Wesentlichen auch die Funktion eines Leitungsschutzschalters besitzt. Allerdings muss er eine gewisse Selektivität gegenüber den auftretenden überhöhten Strömen aufweisen.
Die Selektivität bedeutet, dass der Vorautomat nicht bei jedem Auslösefall des nachgeschalteten Leitungsschutzschalters ebenfalls auslösen soll. Dies ist notwendig, damit die restlichen Stromkreise, in denen kein Kurzschluss aufgetreten ist, nach Abschalten des Kurzschlussstromkreises weiter mit Strom versorgt werden. Da ein Leitungsschutzschalter jedoch nicht sofort nach Auftreten des Kurzschlusses die Kontakte öffnet, durchdringt ein Kurzschlussimpuls das gesamte System und somit auch den Vorautomaten. Bei diesem müssen dann die Selektivitätsgrenzwerte so eingestellt sein, dass er vorgegebene Kurzschlussimpulse toleriert, ohne die Kontakte zu öffnen.
Von der Firma GWB sind selektive Gleichstrom-Vorautomaten bekannt, die eine eingebaute Zeitverzögerung besitzen. Ein in Reihe zum Leitungsschutzschalter geschaltetes Magnetsystem mit Stromspule schließt ab einer bestimmten Stromhöhe einen Kontakt, der ein Verzögerungsteil (R-C-Elektronik) aktiviert. Dieses Verzögerungsteil gibt nach einer gewissen Zeit ein Signal an eine Auslöseeinrichtung, die ein Schaltschloss entklinkt. Dieses Schaltschloss wirkt auf den Mitnehmer des Leitungsschutzschalters und löst diesen aus. Ein Energiespeicher in Form eines Kondensators liefert die notwendige Auslöseenergie für die Auslöseeinrichtung. Die Spannungsversorgung der Elektronik erfolgt von der Abgangsseite bzw. Lastseite des Leitungsschutzschalters.
Löst der Vorautomat nun im Falle eines Kurzschlusses aus, so ist der Energiespeicher entleert. Beim Wiederanschalten des selektiven Vorautomaten muss der Energiespeicher erst wieder gefüllt werden, bevor der Vorautomat funktioniert.
Tritt nun ein Kurzschluss auf und der selektive Vorautomat löst aus, so ist er nach Behebung des Kurzschlusses wieder anzuschalten. Ist der Kurzschluss jedoch nicht behoben und der selektive Vorautomat wird angeschaltet, d. h. der selektive Vorautomat wird auf den bestehenden Kurzschluss draufgeschaltet, so hat dies eine erhebliche Verlängerung der Abschaltzeit zur Folge, da der Energiespeicher noch nicht gefüllt ist. Durch den hohen Kurzschlussstrom ist das Gerät sehr stark belastet, was wegen des Thermoplastgehäuses unter Umständen sogar zu einem Brand führen kann. Erst nach dem Laden des Energiespeichers, d. h. der Kondensator-Ladezeit, ist das Gerät wieder in vorbestimmter Weise betriebsbereit und löst mit der üblichen Abschaltzeit aus.
Aus der Druckschrift DE 15 13 152 A ist ein Schutzrelais für elektrische Einrichtungen, insbesondere ein Überstromzeitrelais, bei dem die Verzögerung vom reziproken Wert des Überstroms abhängt, bekannt. Das Schutzrelais besitzt zwischen dem Schalter und der Last eine Strommesseinrichtung, von der ein dem Netzstrom entsprechendes Gleichstromeingangssignal geliefert wird. Dieses Eingangssignal beaufschlagt einen Verzögerungskreis, der aus der Reihenschaltung eines einstellbaren Widerstands und eines Energie speichernden Reaktanzelements besteht. Sobald nach Ablauf einer entsprechenden Zeit genügend Energie in das Reaktanzelement eingespeichert und damit ein bestimmter vorgegebener Wert erreicht ist, spricht ein Pegeldetektor an und liefert ein Auslösesignal für den Schalter.
Darüber hinaus beschreibt die Patentschrift US 3 176 190 ein mehrpoliges Schutzrelaissystem.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen selektiven Leitungsschutzschalter bzw. Vorautomaten sicher zu gestalten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Leitungsschutzschalter mit einer Versorgungsklemme, an die eine Spannungsversorgungseinrichtung anschließbar ist, einer Lastklemme, an die eine elektrische Last anschließbar ist, einem Schaltkontakt, der zwischen die eine Versorgungsklemme und die eine Lastklemme geschaltet ist, einer Auslöseeinrichtung zum Öffnen des Schaltkontakts, einem Energiespeicher zum Liefern von Auslöseenergie an die Auslöseeinrichtung, einer Zeitverzögerungseinrichtung zum zeitverzögerten Liefern eines Auslösesignals an die Auslöseeinrichtung, und einer Stromver sorgungseinrichtung, die über einen Abgriff an einer Stromleitung zwischen der Versorgungsklemme und der Lastklemme angeschlossen ist, zur Stromversorgung des Energiespeichers, wobei der Abgriff zwischen der Versorgungsklemme und dem Schaltkontakt angeordnet ist.
In vorteilhafter Weise ist dadurch gewährleistet, dass der Energiespeicher des Leitungsschutzschalters stets geladen wird, d. h. auch während der Zeit, in der sich der Leitungsschutzschalter im ausgelösten Zustand befindet. Folglich kann der Leitungsschutzschalter beim Draufschalten auf einen bestehenden Kurzschluss ohne merkliche Zeitverzögerung erneut auslösen.
Vorzugsweise umfasst der Energiespeicher einen Kondensator. Ein Kondensator eignet sich hierfür, da er ein robustes und kostengünstiges Bauteil darstellt.
Die Zeitverzögerungseinrichtung kann einen Messeingang zum Erfassen des Stroms zwischen dem Schaltkontakt und der Lastklemme aufweisen. Dadurch kann die Zeitverzögerung unmittelbar nach Detektieren eines Kurzschlussstroms gestartet werden.
Die Zeitverzögerungseinrichtung kann ferner mit einer Testtaste zum Testen der Zeitverzögerungsfunktion ausgestattet sein. Durch einen derartigen Test lässt sich die Funktionsweise in regelmäßigen Abständen überprüfen.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Zeitverzögerungseinrichtung und die Auslöseeinrichtung auch über den Abgriff, über den der Energiespeicher mit Strom versorgt wird, gespeist wird. Damit lässt sich die gesamte Elektronik des Leitungsschutzschalters über eine gemeinsame Stromversorgung realisieren und die Abschaltzeit des Vorautomaten ist auch beim Draufschalten auf einen bestehenden Kurzschluss unverändert.
Der erfindungsgemäße Leitungsschutzschalter kann mehrpolig, insbesondere 2-polig oder 4-polig, ausgeführt sein und entsprechend der Polzahl die notwendige Anzahl an Versorgungsklemmen, Lastklemmen und Schaltkontakten aufweisen. Damit ist der Leitungsschutzschalter für beliebige Stromversorgungssysteme einsetzbar.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Leitungsschutzschalters mit zeitverzögerter Auslösung darstellt.
Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Das in der FIG dargestellte Blockschaltbild zeigt symbolhaft die wesentlichen Komponenten eines 2-poligen Leitungsschutzschalters. Eine Versorgungsklemme V1 für einen ersten Pol ist über einen Schaltkontakt S1 mit einer Lastklemme L1 verbunden. Ebenso ist für den zweiten Pol eine Versorgungsklemme V2 über einen Schaltkontakt S2 mit einer Lastklemme L2 verbunden. An die Versorgungsklemmen V1 und V2 sind die beiden Pole eines Versorgungssystems und an die beiden Lastklemmen L1 und L2 die entsprechende Last mit ihren beiden Polen anschließbar.
Die beiden Schaltkontakte S1 und S2 sind über ein Schaltschloss SC betätigbar. Das Schaltschloss SC erhält von einer Auslöseeinheit A gegebenenfalls ein Signal zum Öffnen der Schaltkontakte S1 und S2. Die Energie zum Auslösen erhält die Auslöseeinheit A von einem Energiespeicher E.
Eine Stromversorgungseinheit SV ist eingangsseitig mit den stromführenden Leitungen verbunden. Erfindungsgemäß erfolgt dieser Energieabgriff zum Versorgen des Energiespeichers E an dem ersten Pol zwischen der Versorgungsklemme V1 und dem Schaltkontakt S1 und an dem zweiten Pol zwischen der Versor gungsklemme V2 und dem Schaltkontakt S2. Mit anderen Worten, der Versorgungsabgriff findet versorgungsseitig statt. Die Stromversorgungseinheit SV liefert daher unabhängig davon, ob die Schaltkontakte S1 und S2 offen oder geschlossen sind, die jeweils gewünschte Versorgungsspannung. In der FIG ist die Versorgungsspannung als positive Gleichspannung mit einem „+" gekennzeichnet. Der Energiespeicher E weist einen entsprechenden Versorgungseingang auf, der ebenfalls mit „+" gekennzeichnet ist. Demzufolge wird der Energiespeicher unabhängig von der Stellung der Schaltkontakte S1 und S2 mit Energie versorgt. Dies bedeutet, dass auch beim Draufschalten auf einen bestehenden Kurzschluss in dem Energiespeicher die notwendige Auslöseenergie bereits gespeichert ist, so dass keine erhöhte Auslösezeit entsteht.
In diesem Ausführungsbeispiel wird auch die Auslöseeinheit A mit der Versorgungsspannung der Stromversorgungseinheit SV versorgt. Die Auslöseeinheit A weist einen entsprechenden Versorgungseingang „+" auf. Da auch die Auslöseeinheit A elektrische Komponenten enthalten kann, die nicht unmittelbar nach dem Einschalten voll funktionsfähig sind, profitiert auch die Auslöseeinheit A von der konstanten Stromversorgung, die durch den versorgungsseitigen Abgriff gewährleistet ist.
Bei dem in der FIG dargestellten Leitungsschutzschalter handelt es sich um einen Vorautomaten mit Zeitverzögerung. Hierzu ist ein Zeitverzögerungselement Z vorgesehen, das die Auslöseeinheit A ansteuert. Die Zeitverzögerung wird üblicherweise mit einem R-C-Glied realisiert. Zum Starten der Zeitverzögerung Z wird gemäß dem vorliegenden Beispiel eine Strommessung SM an der Lastseite zwischen dem Schaltkontakt S1 und der Lastklemme L1 vorgenommen. Wird beispielsweise ein Kurzschluss, d. h. ein erhöhter Stromfluss, registriert, so dient der Stromanstieg zum Auslösen der Zeitverzögerung. Entsprechend einer sehr einfachen Ausführungsform der „Strommessung" wird an die Leitung der Lastklemme L1 eine Induktionsspule gelegt, die bei erhöhtem Stromfluss, z. B. bei I > 500 A, einen Schalter schließt, so dass das R-C-Glied der Zeitverzögerungseinheit Z geladen wird.
Das Zeitverzögerungsglied Z besitzt ferner eine Testtaste T, damit die Funktion der Zeitverzögerung bzw. des zeitverzögerten Auslösens jederzeit überprüft werden kann. Darüber hinaus besitzt auch die Zeitverzögerungseinheit Z einen Versorgungsseingang „+", der mit der Stromversorgungseinheit SV verbunden ist. Damit wird die gesamte Elektronik des Leitungsschutzschalters von der Stromversorgungseinheit SV unabhängig von der Stellung der Schaltkontakte S1 und S2 versorgt. Mithin ist stets die gleiche Abschaltzeit gewährleistet, unabhängig davon, ob der Leitungsschutzschalter in Betrieb oder abgeschaltet war.
Insgesamt lässt sich also feststellen, dass durch die Anordnung der Einspeisung zumindest für den Energiespeicher E auf die Versorgungsseite des Leitungsschutzschalters die Nachteile vermieden werden können, die durch die Anordnung der Spannungsversorgung auf der Verbraucherseite bzw. Lastseite entstehen, da auch bei abgeschaltetem Leitungsschutzschalter der Energiespeicher und gegebenenfalls die übrige Elektronik am Stromnetz verbleibt. Das Problem der langen Verzögerungszeit mit der hohen Belastung der Geräte kann somit vermieden werden, da die Spannungsversorgung sofort bei Anliegen der Versorgungsspannung den Kondensator des Energiespeichers auflädt und erst dann auf den bestehenden Kurzschluss aufgeschaltet wird.

Claims

Leitungsschutzschalter mit – einer Versorgungsklemme (V1, V2), an die eine Spannungsversorgungseinrichtung (SV) anschließbar ist, – einer Lastklemme (L1, L2), an die eine elektrische Last anschließbar ist, – einem Schaltkontakt (S1, S2), der zwischen die Versorgungsklemme (V1, V2) und die Lastklemme (L1, L2) geschaltet ist, – einer Auslöseeinrichtung (A) zum Öffnen des Schaltkontakts (S1, S2), – einem Energiespeicher (E) zum Liefern von Auslöseenergie an die Auslöseeinrichtung (A), – einer Zeitverzögerungseinrichtung (Z) zum zeitverzögerten Liefern eines Auslösesignals an die Auslöseeinrichtung (A), und – der Stromversorgungseinrichtung (SV), die über einen Abgriff an einer Stromleitung zwischen der Versorgungsklemme (V1, V2) und der Lastklemme (L1, L2) angeschlossen ist, zur Stromversorgung des Energiespeichers (E), dadurch gekennzeichnet, dass – der Abgriff zwischen der Versorgungsklemme (V1, V2) und dem Schaltkontakt (S1, S2) angeordnet ist.
Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1, wobei der Energiespeicher (E) einen Kondensator umfasst.
Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zeitverzögerungseinrichtung (Z) einen Messeingang zum Erfassen des Stroms zwischen dem Schaltkontakt (S1) und der Lastklemme (L1) aufweist.
Leitungsschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitverzögerungseinrichtung (Z) mit einer Testtaste (T) zum Testen der Zeitverzögerungsfunktion ausgestattet ist.
Leitungsschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitverzögerungseinrichtung (Z) und die Auslöseeinrichtung (A) auch über den Abgriff mit Strom versorgbar sind.
Leitungsschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der 2-polig oder 4-polig ausgeführt ist und entsprechend je zwei oder vier Versorgungsklemmen (V1, V2), Lastklemmen (L1, L2) und Schaltkontakte (S1, S2) aufweist.