Schutz schalt gerät

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet eines Schutz- schaltgerätes für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit .

Mit Niederspannung sind Spannungen von bis zu 1000 Volt Wech- selspannung oder bis zu 1500 Volt Gleichspannung gemeint . Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint , die grö- ßer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechsel- spannung bzw . 120 Volt Gleichspannung, sind .

Mit Niederspannungsstromkreis bzw . -netz oder -anlage sind Stromkreise mit Nennströmen bzw . Bemessungsströmen von bis zu 125 Ampere , spezi fischer bis zu 63 Ampere gemeint . Mit Nie- derspannungsstromkreis sind insbesondere Stromkreise mit Nennströmen bzw . Bemessungsströmen von bis zu 50 Ampere , 40 Ampere , 32 Ampere , 25 Ampere , 16 Ampere oder 10 Ampere ge- meint . Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn- , Bemessungs- oder/und Abschalt-Ströme gemeint , d . h . der Strom, der im Normal fall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw . bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise un- terbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie ein Schutzschaltgerät , Leitungsschutzschalter oder Leis- tungsschalter . 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 Überstrom- schutzeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden . Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss . Ein Leitungsschutz- schalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurz- schluss selbsttätig abschalten . Ein Leitungsschutzschalter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungselement . Leistungsschalter sind, im Gegensatz zu Leitungsschutzschal- tern, für Ströme größer als 125 A vorgesehen, teilweise auch schon ab 63 Ampere . Leitungsschutzschalter sind deshalb ein- facher und filigraner auf gebaut . Leitungsschutzschalter wei- sen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befesti- gung auf einer so genannten Hutschiene ( Tragschiene , DIN- Schiene , TH35 ) auf .

Leitungsschutzschalter sind elektromechanisch auf gebaut . 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 (Unterbre- chung) bei länger anhaltenden Überstrom (Überstromschutz ) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschut z ) einge- setzt . Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurz zeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Überstrom- grenzwerts bzw . im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschluss- schutz ) eingesetzt . Eine oder mehrere Lichtbogenlöschkam- mer (n) bzw . Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung sind vorge- sehen . Ferner Anschlusselemente für Leiter des zu schützenden elektrischen Stromkreises .

Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungs- einheit sind relativ neuartige Entwicklungen . Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit auf . D . h . der elektrische Stromfluss des Niederspannungs- stromkreises wird über Halbleiterbauelemente respektive Halb- leiterschalter geführt , die den elektrischen Stromfluss un- terbrechen bzw . leitfähig geschaltet werden können . Schutz- schaltgeräte 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 elektroni- sche Unterbrechungseinheit geführt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Nie- derspannungswechselstromkreise, mit einer Wechselspannung, üblicherweise mit einer zeitabhängigen sinusförmigen Wechsel- spannung mit der Frequenz f. Die zeitliche Abhängigkeit des momentanen Spannungswertes u(t) der Wechselspannung ist durch die Gleichung: u(t) = U * sin (2π * f * t) beschrieben. Wobei: u(t) = momentaner Spannungswert zu der Zeit t

U = Amplitude der Spannung

Eine harmonische Wechselspannung lässt sich durch die Rotati- on 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 Zei- gers und dessen Vollwinkel beträgt 2n (2Pi) bzw. 360°. Die Kreisfrequenz ist die Anderungsrate des Phasenwinkels dieses rotierenden Zeigers. Die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung beträgt immer das 2π-fache ihrer Frequenz, d.h. : ω = 2π*f = 2π/T = Kreisfrequenz der Wechselspannung (T = Periodendauer der Schwingung)

Häufig wird die Angabe der Kreisfrequenz (ω) gegenüber der Frequenz (f) bevorzugt, da sich viele Formeln der Schwin- gungslehre aufgrund des Auftretens trigonometrischer Funktio- nen, deren Periode per Definition 2π ist, mit Hilfe der Kreisfrequenz kompakter darstellen lassen:

U (t) U * sin(ωt) 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,.,2n bzw. 0°...360°. D.h. der Phasenwinkel nimmt periodisch ei- nen Wert zwischen 0 und 2π bzw. 0° und 360° an (φ = n* (0...2π) bzw. φ = n* ( 0 °...360 ° ) , wegen Periodizität; verkürzt: cp = O..,2π bzw. φ = 0°...360° ) .

Mit momentanem Spannungswert u(t) ist folglich der momentane Wert der Spannung zum Zeitpunkt t, d.h. bei einer sinusförmi- gen (periodischen) Wechselspannung der Wert der Spannung zum Phasenwinkel cp gemeint (cp = O...2n bzw. cp = 0°...360°, der jewei- ligen Periode) .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschalt- gerät 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 errei- chen .

Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgerät mit den Merk- malen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Nie- derspannungswechselstromkreises, vorgeschlagen, aufweisend: - ein Gehäuse mit einem ersten und einem zweiten netzseitigen Anschluss (netzseitige Anschlüsse) sowie einem ersten und ei- nem zweiten lastseitigen Anschluss (lastseitige Anschlüsse) , der erste netzseitige Anschluss und der erste lastseitige An- schluss (die ersten Anschlüsse) sind insbesondere für einen Phasenleiter des Niederspannungsstromkreises vorgesehen und der zweite netzseitige Anschluss und der zweite lastsei- tige Anschluss ( die zweiten Anschlüsse ) sind insbesondere für einen Neutralleiter des Niederspannungsstromkreises vorgese- hen,

- eine mechanische Trennkontakteinheit , die in Serie mit ei- ner elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist , wo- bei die mechanische Trennkontakteinheit den lastseitigen An- schlüssen 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 Niederspan- nungsstromkreis schaltbar ist ,

- dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halblei- terbasierte 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 Stro- mes 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 ei- nes Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,

- dass zwischen dem ersten und dem zweiten lastseitigen An- schluss eine erste Messimpedanz vorgesehen ist , derart , dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trenn- kontakteinheit 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 gese- hen, 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 An- schlüssen die Messimpedanz messtechnisch ermittelbar . Ist die Messimpedanz beispielsweise ein Widerstand, so ist dessen Wi- derstandswert (plus potenzielle Leitungswiderstände ) ermit- telbar . 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 elektroni- scher Unterbrechungseinheit fließt ein Messstrom über die netzseitigen Anschlüsse durch die elektronische Unterbre- chungseinheit (EU) , die geschlossenen Kontakte der mechani- schen Trennkontakteinheit und durch die erste Messimpedanz .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass der erste Messwider- stand zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes verwendet werden kann . So kann ein Messstrom über den ersten Messwider- stand fließen . Durch Positionierung des ersten Messwiderstan- des „am Ende" des Schutzschaltgerätes ( in Richtung Last ) , d . h . nach der mechanischen Trennkontakteinheit , kann so ins- besondere eine defekte mechanische Trennkontakteinheit ermit- telt werden, beispielsweise wenn Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit verklebt bzw . verschweißt sind bzw . nicht ordnungsgemäß öffnen .

So kann mit dieser Ausgestaltung ein sicheres Schutzschaltge- rät ermöglicht werden, wodurch die Sicherheit im Niederspan- nungsstromkreis für elektrische Verbraucher als auch Personen erhöht wird .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen und im Aus führungsbeispiel angegeben . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass die erste Messim- pedanz zur Ermittlung eines geschlossenen Zustandes der Kon- takte der mechanisches Trennkontakteinheit verwendet wird, insbesondere bei nicht angeschlossener Last an den lastseiti- gen Anschlüssen . Insbesondere wird ein nicht vorgesehener ( fehlerhafter ) geschlossener Zustand der Kontakte der mecha- nischen 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 galva- nische 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 ( insbeson- dere bei geöffneten Kontakten) nicht erfolgt (beispielsweise im Gegensatz dazu, wenn eine Spannungsmessung an Stelle des Messwiderstandes vorgesehen wäre , die mit der Steuerungsein- heit 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 Steue- rungseinheit verbundener Positionssensor vorgesehen sein, der insbesondere die Position der Handhabe ermittelt und an die Steuerungseinheit überträgt .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass die Funktionalität ei- nes klassischen Leitungsschutzschalters gegeben ist . Ferner dass die Position der Handhabe und somit ein vorgesehener ge- öffneter oder geschlossener Zustand der mechanischen Trenn- kontakteinheit ermittelt wird, wobei der Zustand mit dem er- findungsgemäß 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 ge- schlossen werden können .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein erhöhter Schutz und eine erhöhte Betriebssicherheit gegeben ist , da ein fehlerbe- dingtes 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 vorge- sehenen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakt- einheit und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbre- chungseinheit die elektronische Unterbrechungseinheit für ei- ne erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, so dass nur dann ein Messstrom über die erste Messimpe- danz fließt , wenn die Kontakte der mechanischen Trennkontakt- einheit unvorhergesehen ( fehlerhaft ) geschlossen sind . Insbe- sondere bleibt die elektronische Unterbrechungseinheit an- schließend 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 aus- gehend 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 ps 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 , ... 1 s .

Bei Schaltzeiten im Bereich 1 ms bis 2 ms kann relativ ein- fach eine Stromänderung zur Funktionsprüfung detektiert wer- den . Insbesondere Schaltzeiten von bis zu 10 ms sind vorteil- haft , um trotz eines Fehlers einen Personenschutz zu gewähr- leisten .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass für einen Leiter die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungs- einheit ermittelbar ist .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine weitere Möglich- keit zur Ermittlung unvorhergesehener / fehlerhaft geschlos- sener Kontakte gegeben ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass zur Funktionsprü- fung des Schutzschaltgerätes bei vorgesehenen geöffneten Kon- takten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) die Höhe der durch die ersten Messimpedanz festgelegten Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit bei hochohmig geschalte- ter 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 signali- siert wird .

Abhängig von der Dimensionierung der Höhe der Messimpedanz und der Impedanz der hochohmigen elektronischer Unterbre- chungseinheit , kann ein sinnvoller erster Spannungsschwell- wert gewählt werden . Üblicherweise ist ein erster Spannungs- schwellwert sinnvoll , der größer als 0 , 4 mal der anliegenden Nennspannung UN bzw . UNetz ( insbesondere Effektivwert ) des Niederspannungsstromkreises ist (>0,4*UN) . Spezieller sinn- voll 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 gro- ßen Werten der Messimpedanz (geringe Ströme) vorteilhaft ist. Weiterer Vorteil gegenüber der strombasierten Variante ist, dass die elektronischen Unterbrechungseinheit nicht niederoh- mig geschaltet werden muss (eingeschaltet) und somit eine un- gewollte Versorgung eines evtl, angeschlossenen Verbrauchers / Last vermieden wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwi- schen Leitern des Niederspannungsstromkreises eine zweite Messimpedanz derart vorgesehen ist, dass bei geöffneten Kon- takten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit ein Mess- strom über die netzseitigen Anschlüsse durch die elektroni- sche Unterbrechungseinheit fließt.

Durch die beispielsweise zwischen zwei Leitern vor der (dem lastseitigen Anschluss zugeordneten) mechanischen Trennkon- takteinheit vorgesehenen zweiten Messimpedanz kann bei geöff- neten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit ein wei- terer Messstrom fließen. Der weitere Messstrom kann vorteil- haft zur weiteren Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes verwendet werden. Insbesondere, um eine fehlerhafte elektro- nische Unterbrechungseinheit zu ermitteln. So kann mit dieser Ausgestaltung die Sicherheit eines Schutzschaltgerätes weiter erhöht werden, wodurch die Sicherheit im Niederspannungs- stromkreis weiter erhöht wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die (erste oder/und zweite) Messimpedanz ein elektrischer Wider- stand oder/und Kondensator, d.h. ein einzelnes Element oder eine Serien- bzw. Parallelschaltung oder eine Serien- und Pa- rallelschaltung zweier, dreier, vierer, fünfer ... Elemente . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Mes- simpedanz eine Serienschaltung eines elektrischen Widerstan- des 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 ) Nieder- spannungsstromkreis 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 Funktionsprü- fung des Schutzschaltgerätes bei geöffneten Kontakten der me- chanischen Trennkontakteinheit und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die elektronische Unter- brechungseinheit für eine/die erste Zeitspanne in einen nie- derohmigen Zustand geschaltet wird, so dass ein Messstrom über die zweite Messimpedanz fließt , dass die erwartete Höhe des Messtromes über die zweite Mes- simpedanz mit einem ersten Schwellwert verglichen wird und bei dessen Überschreitung ( auf einen nicht vorgesehenen ge- schlossen Zustand der Kontakte der mechanischen Trennkontakt- einheit geschlossen werden kann, so dass ) die elektronische Unterbrechungseinheit anschließend in einem hochohmigen Zu- stand verbleibt oder/und ein Fehlerzustand des Schutzschalt- gerätes signalisiert wird .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine weitere Möglich- keit zur Ermittlung unvorhergesehen / fehlerhaft geschlosse- ner 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 Unterbrechungs- einheit ermittelbar ist .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine weitere Möglich- keit zur Ermittlung unvorhergesehener / fehlerhaft geschlos- sener 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 signali- siert 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 Hö- he der Impedanz der Messimpedanz ab . Der zweite Spannungs- schwellwert kann beispielsweise kleiner als ein Viertel der Höhe der Nennspannung (UN) des Niederspannungsstromkreises sein . ( 0 , 25*UN) . Mit Nennspannung ist in dieser Patentanmel- dung insbesondere die tatsächlich vorliegende bzw . anliegende Netzspannung ( am Schutzschaltgerät ) gemeint . Das Spannungs- verhältnis durch den Spannungsteiler bleibt konstant . Bei ge- änderter 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 gro- ßen Werten der ( ersten oder/und) zweiten Messimpedanz ( gerin- ge 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 Unter- brechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkon- takteinheit (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 Ab- schaltkonzept 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 Schutzschaltge- rates bzw . des zu schützenden elektrischen Niederspannungs- stromkreis durch ein ( anpassbares ) Computerprogrammprodukt realisiert werden können . Ferner können Änderungen und Ver- besserungen der Funktion dadurch individuell auf ein Schutz- schaltgerät 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 Trennkontaktein- heit mit lastseitigen Anschlusspunkten und netzseitigen An- schlusspunkten, wobei die lastseitigen Anschlusspunkte mit lastseitigen Neutral- und Phasenleiteranschlüssen verbunden sind,

- eine insbesondere einpolige elektronische Unterbrechungs- einheit , mit einem netzseitigen Verbindungspunkt , der mit dem netzsei- tigen Phasenleiteranschluss in elektrischer Verbindung steht , und einem lastseitigen Verbindungspunkt , der mit einem netzseiti- gen Anschlusspunkt der mechanischen Trennkontakteinheit ver- bunden ist .

Wodurch vorteilhaft ein sicheres und zudem einfaches Schutz- schaltgerät realisierbar ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene erste Spannungs- sensoreinheit vorgesehen, die die Höhe einer/der ersten Span- nung über der elektronischen Unterbrechungseinheit , insbeson- dere 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 alter- nativ eine mit der Steuerungseinheit verbundene zweite Span- nungssensoreinheit vorgesehen, die die Höhe einer zweiten Spannung zwischen netzseitigem Neutralleiteranschluss und netzseitigem Phasenleiteranschluss ermittelt . Weiterhin ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene dritte Spannungs- sensoreinheit vorgesehen, die die Höhe einer dritten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und lastseitigen Verbindungspunkt der elektronischen Unterbrechungseinheit er- mittelt . Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass aus der Differenz zwischen zweiter und dritter Spannung die Höhe einer/der ersten Spannung zwischen netzseitigem Verbin- dungspunkt und lastseitigem Verbindungspunkt der elektroni- schen Unterbrechungseinheit ermittelt wird .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine weitere Lösung, basierend auf klassischen Spannungsmessungen gegeben ist . Zu- dem 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 Zweitei- lung des Gerätes gegeben ist , mit einer elektronischen Unter- brechungseinheit im Phasenleiter nebst Stromsensoreinheit ei- nerseits und einem durchgehenden Neutralleiter andererseits . Ferner wird mit einer Stromsensoreinheit im Phasenleiter eine weitergehende Überwachung bezüglich Ströme sowohl im Strom- kreis 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 Computerprogramm- produkt beansprucht werden . Das Computerprogrammprodukt um- fasst Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch ei- nen 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 , insbe- sondere der Steuerungseinheit .

Erfindungsgemäß kann ein korrespondierendes computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespei- chert ist , beansprucht werden .

Erfindungsgemäß kann ein korrespondierendes Datenträgersig- nal , 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 Patentan- sprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerä- tes , insbesondere eine Verbesserung der Sicherheit eines Schutzschaltgerätes bzw . in Folge des elektrischen Stromkrei- ses , 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 Aus führungsbeispiele , 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 Ge- häuse GEH, aufweisend :

- einen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG, einem netz- seitigen Phasenleiteranschluss LG, einem lastseitigen Neutralleiteranschluss NL, einem lastseitigen Phasenleiteran- schluss 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 An- schlusspunkten 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 Phasenleiteran- schlüssen NL, LL verbunden, so dass ein Öffnen von Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstrom- kreis schaltbar ist ,

- eine , insbesondere einpolige , elektronische Unterbrechungs- einheit EU, ( die bei einpoliger Aus führung insbesondere im Phasenleiter angeordnet ist , ) mit einem netzseitigen Verbindungspunkt EUG, der mit dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG in elektrischer Verbin- dung steht , und einem lastseitigen Verbindungspunkt EUL, der mit dem netzsei- tigen Anschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontaktein- heit MK in elektrischer Verbindung steht bzw . verbunden ist , wobei die elektronische Unterbrechungseinheit durch halblei- terbasierte 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 elektro- nischen 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 Niederspannungs- stromkreises eine erste Messimpedanz ZM1 derart vorgesehen, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakt- einheit ein Strom vom ersten lastseitigen Anschluss / last- seitigen Neutralleiteranschluss NL über die Messimpedanz zum zweiten lastseitigen Anschluss / lastseitigen Phasenleiteran- schluss LL fließen könnte .

Dies kann derart erfolgen, dass zwischen lastseitigen Neutralleiteranschluss NL und lastseitigen Phasenleiteran- schluss 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) Parallelschal- tung eines Widerstandes oder/und Kondensator sein .

Ferner kann erfindungsgemäß zwischen Leitern des Niederspan- nungsstromkreises eine zweite Messimpedanz ZM2 derart vorge- sehen sein, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektroni- scher Unterbrechungseinheit ein Messstrom über die netzseiti- gen Anschlüsse durch die elektronische Unterbrechungseinheit fließt . Dies kann derart erfolgen, dass zwischen den netzseitigen An- schlusspunkten APLG, APNG der mechanischen Trennkontaktein- heit MK eine zweite Messimpedanz ZM2 geschaltet ist . Die zweite Messimpedanz ZM2 kann ebenfalls beispielsweise ein elektrischer Widerstand oder/und Kondensator sein . Insbeson- dere kann die Messimpedanz eine Serienschaltung oder ( /und) Parallelschaltung eines Widerstandes oder/und Kondensator sein .

Durch die zweite Messimpedanz ZM2 wird ein definiertes Poten- tial im Schutzschaltgerät erzeugt , insbesondere ein definier- tes Spannungspotential über der elektronischen Unterbre- chungseinheit EU . Ferner ein definierter Messstrom im Schutz- schaltgerät , 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 Einhei- ten, insbesondere der elektronischen Unterbrechungseinheit EU, erfasst werden .

Durch die erste Messimpedanz wird insbesondere ein Fehlver- halten der mechanischen Trennkontakteinheit ermittelt , insbe- sondere 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 Wi- derstand einen Wert von z . B . 1 MOhm . Ein Wert von 1 MOhm führt zu Verlusten von etwa 50 mW in einem 230 V Niederspan- nungsstromkreis . 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 Unterbrechungsein” heit 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 Steuerungs- einheit SE verbundene erste Spannungssensoreinheit SUI vorge- sehen, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Ver- bindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt .

Bei der Spannungsmessung durch die erste Spannungssensorein- heit SUI kann alternativ auch die Spannung über der Serien- schaltung von elektronischer Unterbrechungseinheit EU und Stromsensor SI ermittelt werden, wie in Figur 1 dargestellt . Die Stromsensoreinheit SI weist einen sehr geringen Innenwi- derstand 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 netz- seitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasen- leiteranschluss LG ermittelt .

Die erste Spannungssensoreinheit kann auch ersetzt werden, in dem zwei Spannungsmessungen (vor der elektronischen Unterbre- chungseinheit und nach der elektronischen Unterbrechungsein- heit ) verwendet werden . Durch eine Differenzbildung wird die Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermit- telt .

So kann eine/die mit der Steuerungseinheit SE verbundene zweite Spannungssensoreinheit SU2 vorgesehen sein, die die Höhe einer zweiten Spannung zwischen netzseitigen Neutrallei- teranschluss (NG) und netzseitigen Phasenleiteranschluss ( LG) ermittelt . Ferner kann eine mit der Steuerungseinheit verbun- dene (nicht dargestellte ) dritte Spannungssensoreinheit SU3 vorgesehen sein, die die Höhe einer dritten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und lastseitigen Ver- bindungspunkt 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 Ver- bindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt wird .

Im Beispiel gemäß Figur 1 ist die elektronische Unterbre- chungseinheit EU einpolig ausgeführt , im Beispiel im Phasen- leiter . 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 geschlos- sen werden können, was durch einen Pfeil von der Steuerungs- einheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeu- tet ist .

Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist durch eine mecha- nische 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 Schalt zustand ( Offen oder Geschlossen) der Kontakte der me- chanischen 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 Trennkontaktein- heit 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 Ener- gieversorgung NT für die Steuerungseinheit SE vorgesehen, was durch eine Verbindung zwischen Energieversorgung NT und Steu- erungseinheit SE in Figur 1 angedeutet ist . Die Energiever- sorgung NT ist ( andererseits ) mit dem netzseitigen Neutral- leiteranschluss NG und dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG verbunden . In die Verbindung zum netzseitigen Neutrallei- teranschluss NG ( oder/und Phasenleiteranschluss LG) kann vor- teilhaft eine Sicherung SS , insbesondere Schmel zsicherung, vorgesehen sein .

Alternativ kann im Falle einer zweiten Messimpedanz ZM2 diese über die Sicherung SS mit dem netzseitigen Neutralleiteran- schluss 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 Unterbrechungsein- heit EU, die Steuerungseinheit SE , die Energieversorgung NT ( insbesondere inklusive Sicherung SS ) , die Stromsensoreinheit SI, die erste Spannungssensoreinheit SUI und optional die zweite Spannungssensoreinheit SU2 auf .

Der Niederspannungsstromkreis kann ein Dreiphasenwechsel- stromkreis sein, mit einem Neutralleiter und drei Phasenlei- tern . Das Schutzschaltgerät kann hierfür als dreiphasige Va- riante ausgestaltet sein und beispielsweise weitere netzsei- tige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse aufweisen . Zwi- schen den weiteren netzseitigen und lastseitigen Phasenlei- teranschlüssen ist in analoger Weise jeweils eine Serien- schaltung einer elektronischer Unterbrechungseinheiten bzw . deren halbleiterbasierte Schaltelemente und ein Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehen . Die erste oder/und zweite Messimpedanz können jeweils zwischen Phasen- leiter 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 Milli- ohm, 10 Milliohm, 1 Milliohm oder kleiner sind .

Figur 2 zeigt eine Abbildung gemäß Figur 1 , mit dem Unter- schied, dass an der Netzseite GRID eine Energiequelle EQ mit einer Nennspannung U _N des Niederspannungsstromkreises ange- schlossen ist . Die Nennspannung U _N soll auch zwischen netz- seitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasen- leiteranschluss LG anliegen . Mit Nennspannung ist in dieser Patentanmeldung die tatsächlich vorliegende bzw . anliegende Netzspannung ( am Schutzschaltgerät ) gemeint . Diese kann im Schutzschaltgerät durch die zweite Spannungs- sensoreinheit SU2 ermittelt werden .

Der Spannungsabfall über der elektronischen Unterbre- chungseinheit EU kann durch die erste Spannungssensoreinheit SUI ermittelt werden .

Ferner ist an der Lastseite LOAD ein Verbraucher bzw . Ener- giesenke 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 geöffne- ten 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 Unter- brechungseinheit EU hochohmig wird und die mechanische Trenn- kontakteinheit MK geschlossen bleibt ,

- bei einem ermittelten Strom, der einen höheren zweiten Stromwert , insbesondere für eine zweite Zeitgrenze , über- schreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochoh- mig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geöffnet wird,

- bei einem ermittelten Strom, der einen noch höheren dritten Stromwert überschreitet , die elektronische Unterbrechungsein- heit 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 , bei- spielsweise auf einer Leiterplatte / Printed Circuit Board . Der erste Teil EPART kann die Steuerungseinheit SE , die zwei- te Messimpedanz ZM2 , die Stromsensoreinheit SI, die elektro- nische Unterbrechungseinheit EU, die Energieversorgung NT , aufweisen . Ferner kann der erste Teil die erste Spannungs- sensoreinheit SU1 , die zweite Spannungssensoreinheit SU2 , die Schmel zsicherung SS , einen Schalter SCH, einen Temperatur- sensor TEM ( insbesondere für die elektronische Unterbre- chungseinheit EU) , eine Kommunikationseinheit COM, eine An- zeigeeinheit DISP aufweisen .

Der erste Teil EPART weist nur drei Anschlüsse auf :

- den netzseitigen Phasenleiter Anschluss LG,

- einen Anschluss für den bzw . zum netzseitigen Phasenleiter- anschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK,

- einen Anschluss für eine Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG .

Das Schutzschaltgerät enthält einen, insbesondere mechani- schen, zweiten Teil MPART . Der zweite Teil MPART kann die me- chanische Trennkontakteinheit MK, die Handhabe HH, eine Frei- gabeeinheit FG aufweisen . Ferner kann der zweite Teil eine Positionseinheit POS , zur Meldung der Position der Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit MK an die Steuerungs- einheit , 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 vorge- sehen sein .

Durch die Zweiteilung lässt sich vorteilhaft ein erfindungs- gemäßes 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 Trennkon- takteinheiten MK ist das Verschweißen der Kontakt flächen, wodurch ein Öffnen des Kontaktes nicht mehr möglich ist . Es besteht j edoch auch die Möglichkeit , dass sich ein Kontakt nicht mehr schließen lässt .

Für die sichere Betriebs führung eines Schutzschaltgerätes wä- re eine verlässliche Erkennung des Schalt zustandes der Kon- takte wünschenswert bzw . andererseits die Erkennung einer fehlerhaften mechanischer Trennkontakteinheit .

Vorteilhaft ist eine Abfrage des Schalt zustandes der Kontakte mit unterschiedlichen Messprinzipien, um diese wichtige In- formation 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 „geschlos- sen" 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 ge- öffnet ist .

Durch Ermittlung der Spannung über dem Kontakt könnte der

Schalt zustand ermittelt werden, allerdings versagt diese Me- thode , wenn kein Verbraucher (bzw . Last ) angeschlossen ist , also im unbelasteten Fall des Schutzschaltgerätes .

Erfindungsgemäß wird eine erste Messimpedanz am lastseitigen Anschluss vorgeschlagen ( zwischen mechanischer Trennkontakt- einheit und lastseitigen Anschlüssen) .

Durch Messung und Auswertung von Strom, Spannung oder Impe- danz (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 . Impedanzver- hältnisse beispielhaft erläutert werden .

Mit der zusätzlichen ersten Messimpedanz ZM1 ergeben sich die folgenden Spannungsverhältnisse .

Wobei :

Z _{el switch off} Impedanzwert der elektronischen Unterbrechungsein- heit im hochohmigen Zustand

Z _meas1 Impedanzwert der ersten Messimpedanz ZM1

Z _meas2 Impedanzwert der zweiten Messimpedanz ZM2

Z _load Impedanzwert eines angeschlossenen Verbrauchers ES Kontakte off-n :

• Kontakte geschlossen : Belastet (mit angeschlossenem Verbraucher ES ) : o Unbelastet ( ohne angeschlossenem Verbraucher ES ) :

Es ist zu erkennen, dass die Schalt zustände der Kontakte im belasteten und unbelasteten Fall eindeutig unterschieden wer- den können .

Im geschlossenen, unbelasteten Zustand konvergiert die Aus- gangsimpedanz des Schutzschaltgerätes mit erster und zweiter Messimpedanz ZM1 , ZM2 gegen den Impedanzwert Z _meas1 || Z _meaS 2 ( Impedanzwert der Parallelschaltung beider Messimpedanzen) .

Unter der Annahme Z _meas1 || Z _meas2 konvergiert die Ausgangsim- pedanz 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 Ausgangsi- mpedanz des Schutzschaltgerätes nach oben hin begrenzt , wodurch die Spannungsverhältnisse sich deutlich vom Fall ohne die erste Messimpedanz ZM1 mit geöffnetem Trenner unterschei- den .

In den vorangegangenen Aus führungen wurden für die Impedanz- werte 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 Pha- senlage der gemessenen Spannungen ausgewertet werden . Die Auswertung der Spannungen wird dadurch komplexer, aber es kann noch deutlicher zwischen den Schalt zuständen unterschie- den 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 Hö- he der zweiten Messimpedanz verwendet wird, beispielsweise :

Die Impedanz der elektronischen Unterbrechungseinheit EU hängt stark von der Schaltungstopologie und dessen Energie- absorber ab . Typische Werte liegen hier bei wobei es sich hierbei um eine ohmsch-kapazitive Impedanz han- delt .

Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass zur Funk- tionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei vorgesehenen geöff- neten 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 Trennkontaktein- heit MK fehlerhaft bzw . unvorhergesehen geschlossen sind . Fließt ein Messstrom, der über die Stromsensoreinheit erfasst wird, so kann auf einen fehlerhaft geschlossenen Zustand der Kontakte geschluss folgert werden . Die Höhe des Messstromes ist durch den Wert der Höhe der ersten Messimpedanz ZM1 be- stimmt . Wird auf einen fehlerhaft geschlossenen Zustand der Kontakte geschluss folgert , weil ein Messstrom fließt , dessen Höhe im Bereich des durch den Wert der Höhe der ersten Mes- simpedanz ZM1 liegt , so kann beispielsweise die elektronische Unterbrechungseinheit anschließend in einem hochohmigen Zu- stand verbleiben . Alternativ oder zusätzlich kann dieser Feh- lerzustand des Schutzschaltgerätes signalisiert werden . Ferner kann das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet sein, das zur Funktionsprüfung des Schutzschaltgerätes bei vorgese- henen geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontaktein- heit MK die Höhe der durch die erste Messimpedanz ZM1 festge- legten Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit bei hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungsein- heit EU ermittelt wird . Bei Überschreitung eines ersten Span- nungsschwellwertes liegt eine erste Fehlerbedingung vor . Üb- licherweise wird bei geöffneten Kontakten und nur der ersten Messimpedanz eine sehr kleine Spannung ( idealerweise keine Spannung) ( kleiner 10 Volt ) über der elektronischen Unterbre- chungseinheit anliegen . Liegt eine Spannung an, insbesondere in der Höhe der durch die erste Messimpedanz ZM1 festgelegten Spannung, so kann auf fehlerhaft geschlossene Kontakte ge- schluss folgert 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 Kon- takten 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 Zu- stand der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK geschlossenen werden . Infolgedessen kann die elektronische Unterbrechungseinheit anschließend in einem hochohmigen Zu- stand verbleiben . Alternativ oder zusätzlich kann dieser Feh- lerzustand 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 Messim- pedanz festgelegten Spannung über der elektronischen Unter- brechungseinheit 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 Un- terbrechungseinheit abfällt , so dass auf einen nicht vorgese- hen geschlossen Zustand der Kontakte der mechanischen Trenn- kontakteinheit MK geschlossenen werden kann . Infolgedessen kann ein niederohmig werden der elektronischen Unterbre- chungseinheit vermieden werden . Alternativ oder zusätzlich kann dieser Fehlerzustand des Schutzschaltgerätes signali- siert werden .

Mit einer Positionsmeldung der Kontakte kann z . B . ein erwar- teter 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 ) über- einstimmt .

So können verklebte bzw . verschweißte Kontakte ermittelt wer- den .

Ist die Überprüfung fehlerfrei , kann eine ( erste ) Freigabebe- dingung 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 gefährli- cher Zustand verhindert wird .

Mit vorliegender Erfindung ist es möglich, den Schalt zustand der Kontakte eines Schutzschaltgerätes bzw . dessen mechani- scher 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 ein- gesetzt 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 ge- schlossenem Kontakten ist somit stets möglich .

Erfindungsgemäß müssen keine zusätzlichen Messungen bzw . Sen- soren verwendet werden . Der Schalt zustand wird anhand rein elektrischer Größen ermittelt . Er kann ggfs . mit weiteren Po- sitionserfassungen verglichen werden .

Vorteile :

• Nutzung bereits vorhandener Messungen

• Nur eine zusätzliche Messimpedanz wird benötigt güns- tige 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 Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und ande- re Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .