Schutzschaltgerät und Verfahren

Die Erfindung betri f ft das technische Gebiet eines Schutz- schaltgerätes , speziell zur Erkennung von Fehlerströmen, für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät , speziell zur Erkennung von Fehlerströmen, 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 , spezi fischer 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 , 10 oder 6 Ampere gemeint . Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn- , Bemessungs- oder/und Abschaltströme gemeint , d . h . der Strom der im Normal fall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw . bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie ein Schutzschaltgerät , Leitungsschutzschalter oder Leis- tungs schal ter .

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 auf gebaut . Leitungsschutzschalter weisen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung 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 (Unterbrechung) bei länger anhaltenden Überstrom (Überstromschutz ) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschut z ) eingesetzt . Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurz zeitigen 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 .

Fehlerstromschutzschalter für elektrische Stromkreise , insbesondere für Niederspannungsstromkreise bzw . -anlagen, sind allgemein bekannt . Fehlerstromschutzschalter werden auch als Residual Current Devices bezeichnet , kurz RCD . Fehlerstromschutzschalter ermitteln die Stromsumme in einem elektrischen Stromkreis , die im Normal fall null ist , und unterbrechen bei Überschreiten eines Di f ferenzstromwertes , d . h . einer Stromsumme von ungleich null , die einen bestimmten ( Di f ferenz- ) Stromwert respektive Fehlerstromwert übersteigt , den elektrischen Stromkreis . Fast alle bisherigen Fehlerstromschutzschalter weisen einen Summenstromwandler auf , dessen Primärwicklung durch die Leiter des Stromkreises gebildet wird und dessen Sekundärwicklung die Stromsumme abgibt , welche direkt oder indirekt zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises verwendet wird .

Hierzu sind zwei oder mehr Leiter, meist Hin- und Rückleiter bzw . Außen- und Neutralleiter in einem Einphasenwechselstrom- Netz , alle drei Außenleiter oder alle drei Außenleiter und der Neutralleiter bei einem Dreiphasenwechselstromnetz , durch einen, meist einen ringförmigen Kern aus ferromagnetischen Material aufweisenden, Stromwandler geführt . Gewandelt wird nur der Di f ferenzstrom, d . h . ein von Hin- und Rückstrom abweichender Strom, aus den Leitern . Üblicherweise ist die Stromsumme in einem elektrischen Stromkreis gleich null . So können Fehlerströme erkannt werden .

Fließt beispielsweise energiesenkenseitig bzw . verbraucherseitig ein Strom gegen Erde ab, so wird in diesem Zusammenhang von einem Fehlerstrom gesprochen . Ein Fehlerfall liegt beispielsweise dann vor, wenn eine elektrische Verbindung von einem Phasenleiter des elektrischen Stromkreises zur Erde existiert . Beispielsweise , wenn eine Person den Phasenleiter berührt . Dann fließt ein Teil des elektrischen Stromes nicht wie üblich über den Neutralleiter bzw . Nullleiter zurück, sondern über die Person und die Erde . Dieser Fehlerstrom kann nun mit Hil fe des Summenstromwandlers erfasst werden, da die betragsmäßig erfasste Summe aus zufließenden und zurückfließenden Strom ungleich Null ist . Über ein Relais bzw . einen Haltemagnet-Auslöser , beispielsweise mit verbundener Mechanik, wird eine Unterbrechung des Stromkreises , z . B . mindestens einer, eines Teils oder aller Leitungen bewirkt . Fehlerstromschutzschalter zur Erfassung von Wechsel fehlerströmen sind allgemein aus der Druckschri ft DE 44 32 643 Al bekannt .

Die Haupt funktion von Fehlerstromschutzschaltern ist Personen vor elektrischen Strömen ( elektrischer Schlag) zu schützen, sowie Anlagen, Maschinen oder Gebäude vor Brand durch elektrische I solations fehler .

Wenn der Fehlerstromschutzschalter bzw . dessen Summenstromwandler so ausgebildet ist , dass die sekundärseitige Energie des Summenstromwandlers zur Betätigung einer Auslöseeinheit bzw . einer Unterbrechungseinheit bzw . eines Auslösers ausreicht , dann nennt man derartige Fehlerstromschutzschalter netzspannungsunabhängig .

Wenn eine Hil fsenergie für den Auslösekreis benötigt bzw . eingesetzt wird, die in der Regel durch ein im Fehlerstromschutzschalter vorgesehenes Netzteil erzeugt wird, nennt man derartige Fehlerstromschutzschalter netzspannungsabhängig . D . h . netzspannungsabhängige Fehlerstromschutzschalter enthalten ein Netzteil zur Energieversorgung einer Fehlerstromerkennung (netzspannungsunabhängige nicht ) . Diese Netzteile sind beispielsweise erforderlich, um Fehlerströme in Gleichspannungsnetzen sowie gemischten Gleich/Wechselstromnet zen bzw . bei Stromkreisen mit hohen Frequenzen zu erkennen .

Ein Fehlerstromschutzschalter besteht im Wesentlichen aus den Funktionsgruppen Summenstromwandler, Auslöseschaltkreis , Hal- temagnet-Auslöser , Mechanik und Kontakte . Ferner ist in der Regel ein Prüf Stromkreis mit Prüftaste und Prüfwiderstand vorgesehen . Die Funktions fähigkeit des Fehlerstromschutzschalters bzw . der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung lässt sich über die Prüftaste kontrollieren .

Fehlerstromschutzschalter gibt es in unterschiedlichen Typen, die durch Buchstaben bzw . Buchstabenkombinationen bezeichnet werden, wie AC, A, F, G, K, S , B, B+ . Jeder Typ erfasst eine bestimmte Art von Fehlerströmen . Aktuell sind Fehlerstromschutzschalter 2-polig für Phasen- und Neutralleiter ( L+N) , 3-polig für drei Phasenleiter ( LI , L2 , L3 ) und 4-polig für drei Phasenleiter und Neutralleiter ( LI , L2 , L3 , N) bekannt .

Beispielsweise erfassen Typ AG nur rein sinus förmige Fehlerströme . Typ A erfasst sowohl rein sinus förmige Wechselströme als auch pulsierende Gleichfehlerströme . Typ F sind mischfrequenzsensitive Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen . Sie erfassen alle Fehlerstromarten wie Typ A, darüber hinaus sind sie zur Erfassung von Fehlerströmen, die aus einem Frequenzgemisch von Frequenzen bis 1 kHz bestehen, geeignet . Typ K beinhaltet die Charakteristik des Typs A, allerdings ist er in seinem Abschaltverhalten kurz zeitverzögert . Typ S sind selektive Fehlerstromschutzschalter, die im Bemessungsdi f ferenzstrom als auch in der Auslösezeit gestaf felt werden können .

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 einschlägigem 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 sinus förmigen Wechselspannung mit der Frequenz f . Die zeitliche Abhängigkeit des momentanen Spannungswertes u ( t ) der Wechselspannung ist durch die Gleichung : u ( t ) U * sin ( 2n * f * t ) 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 2n (2Pi) bzw. 360°. Die Kreisfrequenz ist die Änderungsrate des Phasenwinkels dieses rotierenden Zeigers. Die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung beträgt immer das 2n-fache ihrer Frequenz, d.h. : a = 2n*f = 2n/T = Kreisfrequenz der Wechselspannung (T = Periodendauer der Schwingung)

Häufig wird die Angabe der Kreisfrequenz (a) gegenüber der Frequenz (f) bevorzugt, da sich viele Formeln der Schwingungslehre aufgrund des Auftretens trigonometrischer Funktionen, deren Periode per Definition 2n ist, mit Hilfe der Kreisfrequenz kompakter darstellen lassen: u ( t ) = U * sin (at)

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 a und der Zeit t dem zeitabhängigen Winkel cp(t) , der auch als Phasenwinkel cp(t) bezeichnet wird. D.h. der Phasenwinkel cp(t) durchläuft periodisch den Bereich O...2n bzw. 0°...360°. D.h. der Phasenwinkel nimmt periodisch einen Wert zwischen 0 und 2n bzw. 0° und 360° an (cp = n* (0...2n) bzw. cp = n* ( 0 °...360 ° ) , wegen Periodizität; verkürzt: cp = O...2n bzw . cp = 0 °...360 ° ) . Mit momentanem Spannungswert u ( t ) ist folglich der momentane Wert der Spannung zum Zeitpunkt t , d . h . bei einer sinus förmigen (periodischen) Wechselspannung der Wert der Spannung zum Phasenwinkel cp gemeint ( cp = O...2n bzw . cp = 0 °...360 ° , der j eweiligen Periode ) .

Elektronische Fehlerstrom-Schutzgeräte , in denen die Fehlerstrom-Detektion elektronisch erfolgt (net zspannungs abhängig) , sind in verschiedenen Regionen ( z . B . Deutschland) nicht zugelassen . Ein Grund hierfür ist die netzspannungsabhängige Erkennung und Abschaltung im Fehlerfall . Dies führt dazu, dass unterhalb einer Grenze der Netzspannung die Fehlerstrom-Erkennung nicht mehr funktioniert . Nach der DIN EN 61008 Abschnitt 9 . 17 . 1 muss heutzutage ein Fehlerstromschutzschalter beim Unterschreiten dieser Grenzspannung selbstständig auslösen und in den getrennten Aus-Zustand gehen, um einen ungeschützten Ein-Zustand zu verhindern . Löst das Gerät nicht aus , kann eine gefährliche Situation entstehen, da der Abzweig eingeschaltet ist und der Fehlerstrom-Schutz nicht mehr gewährleistet ist .

Andererseits muss das Gerät nach einer Auslösung wieder manuell zugeschaltet werden, was aufwendig ist , da eine Person den Fehlerstromschutzschalter händisch einschalten muss .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , ein Schutzschaltgerät , insbesondere zu Erfassung von Fehlerströmen, eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere sichere Zustände , speziell bei der Fehlerstromerkennung, zu erreichen bzw . ein neuartiges Konzept für ein derartiges Schutzschaltgerät zu schaf fen .

Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 15 gelöst .

Erfindungsgemäß ist ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises , insbesondere Niederspannungswechselstromkreises , vorgesehen, speziell zur Erfassung von Fehlerströmen ( Di f ferenzströmen) , aufweisend :

- ein Gehäuse mit netzseitigen und lastseitigen Anschlüssen für Leiter des Niederspannungsstromkreises ,

- eine ( erste ) Spannungssensoreinheit , zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises ,

- eine Fehlerstromsensoreinheit , zur Ermittlung der Höhe eines Di f ferenzstromes der Leiter des Niederspannungsstromkreises ,

- eine mechanische Trennkontakteinheit , so dass ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist , damit ist ( insbesondere ) eine galvanische Trennung im Niederspannungsstromkreis schaltbar ; bei einer mechanischen Trennkontakteinheit wird ein Öf fnen von Kontakten auch als Freischalten und ein Schließen von Kontakten als Zuschalten bezeichnet ;

- eine elektronische Unterbrechungseinheit , die stromkreisseitig in Serie zur mechanischen Trennkontakteinheit geschaltet ist und die durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen ( insbesondere nichtleitenden) Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen ( insbesondere leitenden) Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist , bei einer elektronische Unterbrechungseinheit wird ein hochohmiger Zustand der Schaltelemente auch als ausgeschalteter Zustand (Vorgang : Ausschalten) und ein niederohmiger Zustand der Schaltelemente als eingeschalter Zustand (Vorgang : Einschalten) bezeichnet ;

- einer Steuerungseinheit , die mit der Spannungssensoreinheit , der Fehlerstromsensoreinheit , der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbunden ist , wobei bei Überschreitung eines Di f ferenzstromgrenzwertes eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises geschaltet wird ( zur Vermeidung des Fehlerstromes ) . Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes und niederohmiger elektronischer Unterbrechungseinheit bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustandes des Niederspannungsstromkreises die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und dass nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektronische Unterbrechungseinheit wieder niederohmig wird .

Das hochohmig und niederohmig werden ( auf Grund des spannungsverminderten Zustandes bzw . dessen Wegfall ) der elektronischen Unterbrechungseinheit steht im Zusammenhang mit der Funktions fähigkeit der netzspannungsabhängigen Di f ferenzstromerfassung (mittels der Fehlerstromsensoreinheit ) .

D . h . bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustandes des Niederspannungsstromkreises wird die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig, bevor die Ermittlung des Di f ferenzstromes ( der Leiter des Niederspannungsstromkreises mittels der Fehlerstromsensoreinheit ) aussetzt .

Nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes wird die elektronische Unterbrechungseinheit erst dann wieder niederohmig, nachdem die Ermittlung des Di f ferenzstromes ( der Leiter des Niederspannungsstromkreises mittels der Fehlerstromsensoreinheit ) eingesetzt hat .

Insbesondere ist der spannungsverminderte Zustand ein spannungsloser bzw . annähernd spannungsloser Zustand des Niederspannungsstromkreises .

D . h . zum Beispiel , dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes im ( annähernd) spannungslosen Zustand des Niederspannungsstromkreis die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig ist . Nach dem Wiederanlegen der Spannung wird die elektronische Unterbrechungseinheit niederohmig .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass nach einem spannungsverminderten Zustand bzw . Spannungsaus fall im Niederspannungsstromkreis das Schutzschaltgerät automatisch wieder einen Stromfluss ermöglicht (wenn es vorher einge- schalten war / die Kontakte geschlossenen waren) . Ein separates manuelles Einschalten des Schutzschaltgerätes ist vorteilhaft nicht erforderlich, was nach einem Spannungsaus fall bei einer größeren Anzahl an Schutzschaltgeräten schnell aufwendig wird .

Ferner kann vorteilhaft kein unsicherer Zustand des Schutz- schaltgerätes aufgrund einer ungültigen ( zu geringen) Netzspannung entstehen ( das Schutzschaltgerät ist immer in sicheren Zuständen, folglich auch der zu schützende Niederspannungsstromkreis ) .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und im Aus führungsbeispiel angegeben .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Obergrenze des spannungsvermindernden Zustandes kleiner oder gleich der Untergrenze des Betriebsspannungsbereiches des Schutzschaltgerätes .

Bei einem Niederspannungsstromkreis mit einer Betriebsspannung bzw . Nennspannung von 230 Volt ist beispielsweise die Untergrenze des Betriebsspannungsbereichs ein Wert im Bereich von 50 Volt bis 196 Volt ( 85 % der Nennspannung, bei einer Nennspannung von 230 Volt ) , d . h . beispielsweise 50 V, 60 V, 70 V, 80 V, 85 V, 90 V, 100 V, 110 V, 115 V, 120 V, 130 V, 140 V, 150 V, 160 V, 170 V, 180 V, 190 V, 196 V .

Vorteilhaft kann die Obergrenze des spannungsvermindernden Bereichs im Schutzschaltgerät konfigurierbar sein, beispielsweise gemäß einem Wert aus dem vorher genannten Bereich, allgemein ein Wert kleiner als die Nennspannung .

Alternativ kann vorteilhaft die Untergrenze des Betriebsspannungsbereich der höchste Wert der ( Schutz- ) Kleinspannung, üblicherweise beispielsweise 50 Volt Wechselspannung oder 120 Volt Gleichspannung, sein . Das Schutzschaltgerät kann folglich derart ausgestaltet sein, dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes ( zugeschalteter Zustand) und niederohmiger elektronischer Unterbrechungseinheit ( eingeschalteter Zustand) bei einem Eintreten eines spannungsverminderten ( d . h . z . B . a ) Unterhalb des Betriebsspannungsbereiches , b ) im spannungslosen Zustand oder c ) kleiner als der Maximalwert der Schutzkleinspannung) Zustandes des Niederspannungsstromkreises die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird . Nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes (Wiederkehren der Spannung; zurückkehren in den Betriebsspannungsbereich; speziell fehlerfreier Zustand) wird die elektronische Unterbrechungseinheit wieder niederohmig .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass das Schutzschaltgerät einerseits automatisch wieder einen Stromfluss ermöglicht (wenn es vorher zugeschaltet / die Kontakte geschlossenen waren) . Ein separates Einschalten des Schutzschaltgerätes ist vorteilhaft nicht erforderlich, was nach einem Spannungsausfall bei einer größeren Anzahl an Schutzschaltgeräten schnell aufwendig wird . Andererseits stellt das Schutzschaltgerät zu j eder Zeit einen sicheren Zustand des Niederspannungsstromkreises her . Wenn es im Betriebsspannungsbereich ist , sind die Schutz funktionen des Schutzschaltgerätes durch das Schutzschaltgerät sichergestellt . Wenn die Spannung des Niederspannungsstromkreises unterhalb des Betriebsspannungsbereichs des Schutzschaltgerätes fällt , wird ein hochohmiger Zustand hergestellt , so dass eine ungeschützte gefährliche Spannung ( auch wenn sie kleiner als die Nennspannung ist ) im Niederspannungsstromkreises nicht anliegen kann . Wird der spannungsvermindernde Zustand wieder verlassen, d . h . liegt z . B . die Spannung im Betriebsspannungsbereich, werden die Schutz funktionen des Schutzschaltgerätes durch das Schutzschaltgerät wieder bereitgestellt . So wird zu j eder Zeit ein sicherer Zustand bereitgestellt . Vorteilhaft kann die (untere ) Betriebsspannungsbereichsgrenze angepasst / konfiguriert werden . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart konfigurierbar, dass das Verhalten des Schutzschaltgerätes nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes einstellbar/ konf igurierbar ist . Insbesondere ist das Schutzschaltgerät derart konfigurierbar, dass ein niederohmig werden bzw . hochohmig bleiben der elektronischen Unterbrechungseinheit nach Verlassen des spannungsverminderten Zustandes Spannung einstellbar/ konf igurierbar ist . Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Benutzer das Verhalten des Schutzschaltgerätes bewusst konfigurieren kann . Die Einstellung eines „hochohmig bleiben nach Verlassen des spannungsverminderten Zustandes" kann insbesondere für gefährliche Anlagen oder sicherheitsgefährdende Anwendungen von Vorteil sein . Die Einstellung „eines niederohmig werden nach Verlassen des spannungsverminderten Zustandes" kann insbesondere für Anlagen mit hoher benötigter Anlagenverfügbarkeit von Vorteil sein .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektronische Unterbrechungseinheit nur dann niederohmig, sofern eine Überprüfungs funktion einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zulässt .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass einerseits eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht , wobei beispielsweise ein Gerät mit defekten Schutz funktionen, bei dem die Überprüfungs funktion einen niederohmigen Zustand nicht zulässt , als stromführendes und schutz funktionenübernehmendes Gerät im Stromkreis nicht einschaltet .

Andererseits wird ein völlig neues Betriebskonzept eingeführt , bei der ein Benutzer des Schutzschaltgerätes dieses z . B . zwar Zuschalten ( d . h . ein Schließen der Kontakte der mechanische Trennkontakteinheit durch die mechanische Handhabe ) , aber nicht Einschalten ( kein niederohmiger Zustand der Schaltelemente der elektronische Unterbrechungseinheit ) kann . Ein Einschalten erfolgt ausschließlich durch das Schutzschaltgerät selbst . Ein Einschalten des Schutzschaltgerätes , d . h . ein Stromfluss im Niederspannungsstromkreis , kann nicht durch den Benutzer erzwungen werden . Insbesondere kann ein Einschalten des Schutzschaltgerätes - auch im fehlerfreien Zustand des Schutzschaltgerätes bzw . im fehlerfreien Fall des Niederspannungsstromkreises ( z . B . kein Fehlerstrom) - nicht durch den Benutzer erzwungen werden . Speziell auch nicht nach einem Spannungsaus fall bzw . einer Spannungsverminderung .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene Kommunikationseinheit vorgesehen, die insbesondere eine Meldung über das niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit nach Verlassen des spannungsverminderten Zustandes abgibt .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein derartiges Ereignis an eine übergelagerte Steuerung bzw . ein Managementsystem gemeldet werden kann, so dass eine Information über Spannungsaus fälle bzw . wiederhergestellte Betriebsbereitschaft / Energieversorgung gegeben ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Anzeigeeinheit zur Informationsanzeige am Schutzschaltgerät vorgesehen, die mit der Steuerungseinheit ( SE ) verbunden ist . Die Anzeigeeinheit kann insbesondere Zustände des Schutz- schaltgerätes anzeigen . Die Anzeigeeinheit kann insbesondere eine Meldung über das niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit nach Wiederanlegen der Spannung anzeigen .

Die Informationsanzeige kann insbesondere den ( Schalt- ) Zustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) oder/und insbesondere die Stellung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) anzeigen .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Benutzer den ( Schalt- ) Zustand des Schutzschaltgerätes schnell erkennen kann, insbesondere den ( schalt- ) Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit .

Insbesondere wird vorteilhaft ein Benutzer über ein Verlassen des spannungsverminderten Zustandes bzw . die wiederhergestellte Betriebsbereitschaft / Energieversorgung am Gerät informiert . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Überprüfungs funktion einen Selbsttest der Funktions fähigkeit des Schutzschaltgerätes auf , bei dem mindestens eine Komponente , insbesondere mehrere Komponenten, einer Einheit , insbesondere mehrerer Einheiten, des Schutzschaltgerätes überprüft wird (werden) , und bei Funktions fähigkeit der mindestens einen Komponente , insbesondere mehrerer Komponenten, einer Einheit , insbesondere mehrerer Einheiten, der niederohmige Zustand ( der elektronischen Unterbrechungseinheit ) zugelassen wird . Beispielsweise kann ein Selbsttest der Funktions fähigkeit mindestens einer Komponente einer Einheit des Schutzschaltgerätes darin bestehen, dass von der Komponente der Einheit bzw . der Einheit , beispielsweise der Spannungssensoreinheit oder Fehlerstromsensoreinheit , an die Steuerungseinheit gelieferte Werte , beispielsweise Werte der ermittelten Höhe der Spannung oder des Di f ferenzstromes , definierte Grenzwerte ( obere oder/und untere Grenzwerte ) nicht überschreiten .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Schutzschaltgerät mit fehlerbehafteten bzw . defekten Komponenten bzw . Einheiten nicht eingeschaltet wird ( kein Stromfluss durch hochohmige Schaltelemente ermöglicht wird) , so dass eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektronische Unterbrechungseinheit hinsichtlich Funktions fähigkeit dahingehend überprüft , dass das halbleiterbasierte Schaltelement funktions fähig ist .

Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die elektronische Unterbrechungseinheit kurz zeitig eingeschaltet wird, d . h . das halbleiterbasierte Schaltelement kurz zeitig niederohmig geschaltet wird . Mit kurz zeitig ist hierbei eine bestimmte Zeitspanne gemeint , insbesondere eine Zeitspanne von kleiner als 1 ms oder kleiner als 5 ms . Mit kurz zeitig ist ferner ein Zeitbereich des Phasenwinkels einer Wechselspannung gemeint , bei dem der momentane Spannungswert u ( t ) der Wechselspannung, insbesondere der Betrag des momentanen Spannungswertes , kleiner als ein bestimmter Spannungswert ist , beispielsweise kleiner oder gleich 50 Volt ist . D . h . sofern der (Betrag des ) momentane Spannungswert (= Momentanwert der Spannung) kleiner als 50 Volt ist , kann für diesen Zeitraum / diese Zeitspanne bzw . einen Teil dieses Zeitraums / diese Zeitspanne , die elektronische Unterbrechungseinheit für die Überprüfung der Funktions fähigkeit niederohmig geschaltet werden . Die bei diesem kurz zeitigen Einschalten ermittelte Höhe des Stromes bzw . die Höhe der Spannung am lastseitigen Anschluss , beispielsweise durch eine zweite Spannungssensoreinheit , kann ausgewertet werden, um auf eine Funktions fähigkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit bzw . des halbleiterbasierten Schaltelementes zu schließen . Liegt beim kurz zeitigen Einschalten am lastseitigen Anschluss die gleiche Spannungshöhe wie am netzseitigen Anschluss vor, ist beispielsweise die elektronische Unterbrechungseinheit bzw . des halbleiterbasierten Schaltelementes funktions fähig ( sofern kein Kurzschluss am lastseitigen Anschluss vorliegt ) . Zusätzlich kann deshalb eine parallele Auswertung der Höhe des Stromes erfolgen .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Schutzschaltgerät mit fehlerbehafteter bzw . defekter elektronischer Unterbrechungseinheit nicht eingeschaltet wird ( kein Stromfluss durch hochohmige Schaltelemente ermöglicht wird) , so dass eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird . Weiterhin, dass eine einfache Möglichkeit der Prüfung der Funktions fähigkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit gegeben ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektronische Unterbrechungseinheit hinsichtlich Funktions fähigkeit dahingehend überprüft wird, dass eine Überspannungs- schutzkomponente , wie ein Energy Absorber bzw . Überspannungsschutzelement , der elektronische Unterbrechungseinheit funktions fähig ist . Die Überprüfung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die elektronische Unterbrechungseinheit kurz zeitig eingeschaltet wird, d . h . das halbleiterbasierte Schaltelement kurz zeitig niederohmig geschaltet wird, siehe oben . Durch Überwachung der Höhe der Spannung oder/und des Stromes kann eine Überprüfung erfolgen, da eine Überspannungsschutzkomponente bei derartigen Schaltvorgängen in der Regel kurz fristige Stromflüsse erzeugt , die ausgewertet werden können . Daraus kann auf eine Funktions fähigkeit geschlossen werden .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Schutzschaltgerät mit fehlerbehafteter bzw . defekter elektronischer Unterbrechungseinheit nicht eingeschaltet wird ( kein Stromfluss durch hochohmige Schaltelemente ermöglicht wird) , so dass eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird . Weiterhin, dass eine einfache Möglichkeit der Prüfung der Funktions fähigkeit einer Komponente der elektronischen Unterbrechungseinheit gegeben ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die ( erste ) Spannungssensoreinheit hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit zur Ermittlung der Höhe der Spannung geprüft wird . Dies kann beispielsweise einerseits dadurch erfolgen, dass die ( erste ) Spannungssensoreinheit Werte der Höhe der Spannung liefert , die definierte Grenzwerte ( obere oder/und untere Grenzwerte ) nicht überschreitet bzw . in einem erwarteten Wertebereich liegen .

Alternativ kann dies dadurch erfolgen, dass eine zweite Spannungssensoreinheit vorgesehen ist , beispielsweise die erste Spannungssensoreinheit am netzseitigen Anschluss und eine zweite Spannungssensoreinheit am lastseitigen Anschluss , wobei beide Spannungswerte miteinander verglichen werden, insbesondere bei ausgeschalter / eingeschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (und geschlossenen Kontakten) . Aus entsprechenden Abweichungen der Höhen der Spannung, beispielsweise bei eingeschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit , können Rückschlüsse auf die Funktions fähigkeit zur Ermittlung der Höhe der Spannung geschlossen werden . I st beispielsweise die Spannungsdi f ferenz zu hoch, liegt keine Funktions fähigkeit vor .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Schutzschaltgerät mit fehlerbehafteter bzw . defekter Spannungssensoreinheit nicht eingeschaltet wird ( kein Stromfluss durch hochohmige Schaltelemente ermöglicht wird) , so dass eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird . Weiterhin, dass eine einfache Möglichkeit der Prüfung der Funktions fähigkeit einer Einheit , der Spannungssensoreinheit oder der elektronischen Unterbrechungseinheit gegeben ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass die Temperatur des Gerätes , einer Einheit oder/und einer Komponente überwacht wird . Insbesondere die Überwachung der Temperatur des Mikroprozessors , der halbleiterbasierten Schaltelemente oder anderer Halbleiterelemente ist hierbei von Vorteil .

Überschreitet die Temperatur bestimmte Temperaturgrenzwerte , fehlt die Funktions fähigkeit bzw . ist gefährdet .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Schutzschaltgerät mit nicht funktions fähigen Einheiten oder Komponenten nicht eingeschaltet wird ( kein Stromfluss durch hochohmige Schaltelemente ermöglicht wird) , so dass eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung führt die Überprüfungs funktion eine Überprüfung mindestens eines , insbesondere mehrerer oder aller, der nachfolgenden Parameter durch :

- Überprüfung auf Überschreitung des Di f ferenzstromgrenzwertes ,

- Überprüfung auf Überschreitung eines ersten Überspannungswertes oder/und höheren zweiten Überspannungswertes oder/und höheren dritten Überspannungswertes , insbesondere am bzw . im Bereich des netzseitigen Anschlusses ,

- Überprüfung auf Unterschreitung eines ersten Unterspannungswertes , insbesondere am bzw . im Bereich des netzseitigen Anschlusses , - Überprüfung auf Überschreitung eines ersten Temperaturgrenzwertes oder/und höheren zweiten Temperaturgrenzwertes oder/und höheren dritten Temperaturgrenzwertes ,

- Überprüfung auf Parameter des lastseitigen Anschlusses , insbesondere auf Unterschreitung eines lastseitigen ersten oder/und zweiten Widerstandeswertes oder lastseitigen ersten oder/und zweiten Impedanzwertes .

Mit Überspannung bzw . Überspannungswert ist hierbei ein Überschreiten der gültigen Betriebsspannung gemeint . Nicht gemeint sind die Höhen von Überspannungsdips , beispielsweise bei so genannten Bursts bzw . Surges , die typischerweise bei 4 kV oder 8 kV liegen können (bei einem 230 Volt bzw . 400 Volt Netz ) , so genannte Netz-Überspannungen ( d . h . beispielsweise das zehnfache der normativen Spannung des Niederspannungsstromkreises ) .

Insbesondere kann der erste Überspannungswert einen bestimmten Prozentsatz höher sein, als der normative Spannungswert . Beispielsweise bei einem normativen Spannungswert von 230 Volt beispielsweise 10 % höher, 230V + 10% .

Insbesondere kann der zweite Überspannungswert einen bestimmten höheren Prozentsatz höher sein, als der normative Spannungswert . Beispielsweise bei einem normativen Spannungswert von 230 Volt beispielsweise 20 % höher, 230V + 20% .

Insbesondere kann der dritte Überspannungswert einen bestimmten noch höheren Prozentsatz höher sein, als der normative Spannungswert . Beispielsweise bei einem normativen Spannungswert von 230 Volt beispielsweise 30 % höher, 230V + 30% .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass z . B . ein Schutzschaltgerät an ein Netz mit abweichender normativer Spannung (Betriebsspannung) oder auf eine Last mit fehlerhaften Parametern nicht eingeschaltet wird . So kann z . B . ein fehlender Schutz bei fehlerhaftem Anschluss von z . B . eines 230 Volt Schutzschaltgerätes an z . B . den beiden Phasen mit einer Spannung von 400 Volt erkannt werden und vermieden werden sowie eine Fehlversorgung einer Last mit zu hoher Spannung vermieden werden . Ebenso kann eine damit in Zusammenhang stehende potenzielle Zerstörung des Schutzschaltgerätes vermieden werden . In analoger Weise kann ein Einschalten auf einen Kurzschluss vor Zuschalten der vollen Versorgungsspannung erkannt und vermieden werden . In analoger Weise können bei zu geringen Spannungen ( ein 230 Volt Gerät im 115 Volt Netz ) Probleme und fehlender Schutz vermieden werden . So wird eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird, abhängig von der vorhergehenden Implementierung : bei Überschreitung des ersten Überspannungswertes eine Überspannungsinformation abgegeben, bei Überschreitung des zweiten Überspannungswertes erfolgt ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit , bei Überschreitung des dritten Überspannungswertes erfolgt ein Öf fnen der Kontakte ( Freischalten) durch die mechanische Trennkontakteinheit , bei Unterschreitung des ersten Unterspannungswertes wird eine Unterspannungsinformation abgegeben oder/und die elektronische Unterbrechungseinheit bleibt hochohmig ( insbesondere bei einem dritten Unterspannungsgrenzwert ) , insbesondere sofern die Spannungshöhe größer als ein zweiter Unterspannungswert ist , bei Überschreitung des ersten Temperaturgrenzwertes wird eine Temperaturinformation abgegeben, bei Überschreitung des zweiten Temperaturgrenzwertes erfolgt ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit , bei Überschreitung des dritten Temperaturgrenzwertes erfolgt ein Öf fnen der Kontakte ( Freischaltung) , bei Unterschreitung des lastseitigen ersten Widerstandeswer- tes oder lastseitigen ersten Impedanzwertes wird eine Impedanzinformation abgegeben, oder bei Unterschreitung des lastseitigen zweiten Widerstandeswer- tes oder lastseitigen zweiten Impedanzwertes bleibt die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass abgestuft definierte Maßnahmen - Warnung - hochohmig bleiben - galvanische Trennung - durchgeführt werden, abhängig vom Über- bzw . Unterschreiten bestimmter definierter Paramater . So wird eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei zugeschalteter Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und

- bei einem ermittelten Di f ferenzstrom, der einen ersten Di fferenzstromschwellwert überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geschlossen bleibt ,

- bei einem ermittelten Di f ferenzstrom, der einen höheren zweiten Di f ferenzstromschwellwert überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöf fnet wird .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein abgestuftes Abschaltkonzept für ein erfindungsgemäßes Schutzschaltgerät vorliegt .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Steuerungseinheit geöf fnet , aber nicht geschlossen werden können .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird, insbesondere das ein elektronisches Zuschalten aus der Ferne nicht möglich ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit durch eine mechanische Handhabe am Gerät manuell bedienbar ist , um ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss zu schalten .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass die klassische Funktionalität eines Fehlerstromschutzschalters gegeben ist . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine (mechanische ) Anzeige der Kontaktstellung der mechanischen Trennkontakteinheit .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine visuelle Prüfung der Kontaktstellung auch im energielosen Zustand möglich ist . Somit wird eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die mechanische Trennkontakteinheit eine Freiauslösung auf , derart dass , wenn nach dem Beginn eines Schließvorganges der Kontakte ein Öf fnen der Kontakte initiiert wird die Kontakte in die öf fnende Stellung zurückkehren, auch wenn der Schließvorgang weiter aufrechterhalten wird .

Oder anders ausgedrückt , dass die bewegenden Kontakte in die of fene Stellung zurückkehren und darin verharren, wenn das Öf fnen der Kontakte nach dem Beginn des Schließens der Kontakte eingeleitet wird, auch dann, wenn der Vorgang des Schließens der Kontakte durch die Handhabe aufrechterhalten bleibt .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine erhöhte Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erreicht wird . Beim Zuschalten auf einen nicht erkannten (nicht bekannten) Kurzschluss betätigt der Benutzer die Handhabe der mechanischen Trennkontakteinheit und möchte so die Kontakte schließen . Die Kontakte müssen bei einem Kurzschluss allerdings öf fnen, was der Bedienrichtung ( dem Schließen der Kontakte durch den Bediener ) entgegensteht . Nur das ( schnelle ) Öf fnen der Kontakte entgegen der Bedienrichtung verhindert einen größeren Fehler . Eine Stromsensoreinheit kann vorgesehen sein .

Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen (halbleiterbasierten) Schaltelementen mit den gleichen und weiteren Vorteilen beansprucht .

Das Verfahren für ein Schutzschaltgerät , insbesondere zur Fehlerstromerkennung, zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit :

- einer Ermittlung der Höhe eines Di f ferenzstromes des Niederspannungsstromkreises ,

- eine mechanische Trennkontakteinheit , so dass ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,

- eine elektronische Unterbrechungseinheit , die stromkreisseitig in Serie zur mechanischen Trennkontakteinheit geschaltet ist und die 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 ,

- dass die ermittelte Höhe des Di f ferenzstromes mit mindestens einem Di f ferenzstromgrenzwert verglichen wird und bei Überschreitung des Di f ferenzstromgrenzwertes eine Vermeidung des Stromflusses im Niederspannungsstromkreises geschaltet wird,

- dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes und niederohmiger elektronischer Unterbrechungseinheit bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustandes des Niederspannungsstromkreises die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und dass nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektronische Unterbrechungseinheit wieder niederohmig wird .

Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt beansprucht . Das Computerprogrammprodukt umfass Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch einen Mikrocontroller (beispielsweise in der Steuerungseinheit ) diesen veranlassen ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit für ein Schutzschaltgerät zu veranlassen . Der Mikrocontroller ist Teil des Schutzschaltgerätes , insbesondere der Steuerungseinheit . Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist , beansprucht .

Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Datenträgersignal , das das Computerprogrammprodukt überträgt , beansprucht .

Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw . 15 , als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, insbesondere auch ein Rückbezug der anhängigen Anordnungsansprüche auf den unabhängigen Verfahrensanspruch, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes , insbesondere eine Verbesserung der Sicherheit des Schutz- schaltgerätes , 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 erste Darstellung von Zuständen eines Schutzschal t gerät es ,

Figur 3 eine zweite Darstellung eines Schutzschaltgerätes ,

Figur 4 eine zweite Darstellung von Zuständen eines Schutz- schaltgerätes .

Figur 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises mit einem Gehäuse GEH, aufweisend : - Anschlüsse für Leiter des Niederspannungsstromkreises , insbesondere erste netzseitige Anschlüsse LI , NI für eine netzseitigen, insbesondere energiequellenseitigen, Anschluss EQ des Schutzschaltgerätes SG und zweite lastseitige Anschlüsse L2 , N2 für einen lastseitigen, insbesondere energiesenkenseitigen - im Falle passiver Lasten, Anschluss ES (verbraucherseitigen Anschluss ) des Schutzschaltgerätes SG, wobei speziell phasenleiterseitige Anschlüsse LI , L2 und neutralleiterseitige Anschlüsse NI , N2 vorgesehen sein können; der lastseitige Anschluss L2 , N2 kann eine passive Last (Verbraucher ) oder/und eine aktive Last ( (weitere ) Energiequelle ) aufweisen, bzw . eine Last , die sowohl passiv als auch aktiv sein kann, z . B . in zeitlicher Abfolge ;

- eine ( erste ) Spannungssensoreinheit SU, zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises , so dass insbesondere momentane (phasenwinkelbezogene ) Spannungswerte DU vorliegen,

- eine Fehlerstromsensoreinheit FI , zur Ermittlung der Höhe eines Di f ferenzstromes des Niederspannungsstromkreises , die Fehlerstromsensoreinheit kann beispielsweise ein Summenstromwandler sein, wie er üblicherweise in Fehlerstromschutzschaltern klassischer Bauart bzw . gemäß dem Stand der Technik eingesetzt wird,

- eine , insbesondere durch eine mechanische Handhabe HH bedienbare und schaltbare , mechanische Trennkontakteinheit MK, so dass ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis ( insbesondere durch die Handhabe ) schaltbar ist , damit ist ( insbesondere ) eine galvanische Trennung im Niederspannungsstromkreis schaltbar ; bei der mechanischen Trennkontakteinheit MK wird ein Öf fnen von Kontakten auch als Freischalten und ein Schließen von Kontakten als Zuschalten bezeichnet ;

- eine elektronische Unterbrechungseinheit EU, die stromkreisseitig in Serie zur mechanischen Trennkontakteinheit geschaltet ist und die 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 ; bei der elektronische Unterbrechungseinheit EU wird ein hochohmiger Zustand der Schaltelemente ( zur Vermeidung eines Stromflusses ) auch als ausgeschalteter Zustand (Vorgang : Ausschalten) und ein niederohmiger ( leitender ) Zustand der Schaltelemente ( zum Stromfluss ) als eingeschalter Zustand (Vorgang : Einschalten) bezeichnet ;

- eine Steuerungseinheit SE , die mit der ( ersten) Spannungssensoreinheit SU, der Fehlerstromsensoreinheit FI , der mechanischen Trennkontakteinheit MK und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden ist , wobei bei Überschreitung (mindestens ) eines Di f ferenzstromgrenzwertes eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, insbesondere um einen Fehlerstrom zu vermeiden .

Im Beispiel sind die lastseitigen Anschlüsse L2 , N2 mit der mechanische Trennkontakteinheit MK verbunden . Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist andererseits mit der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden . Die elektronischen Unterbrechungseinheit EU ist andererseits mit den netzseitigen Anschlüssen LI , NI verbunden . Eine andere , insbesondere umgekehrte Anordnung (mechanische Trennkontakteinheit MK mit den netzseitigen Anschlüssen, elektronische Unterbrechungseinheit mit den lastseitigen Anschlüssen) , ist ebenfalls möglich .

Die ( erste ) Spannungssensoreinheit SU und die Fehlerstromsensoreinheit FI können zwischen mechanischer Trennkontakteinheit MK und elektronischer Unterbrechungseinheit EU angeordnet sein . Ebenso kann die ( erste ) Spannungssensoreinheit SU und die Fehlerstromsensoreinheit FI am netzseitigen Anschluss angeordnet sein, wie in Figur 1 dargestellt .

Das Schutzschaltgerät SG kann eine Energieversorgung mit einem Netzteil NT aufweisen ( in Figur 1 nicht eingezeichnet ) . Das Netzteil NT ist einerseits mit den Leitern des Niederspannungsstromkreises verbunden . Das Netzteil NT dient andererseits zur Energieversorgung der Steuerungseinheit SE oder/und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU sowie gegebenenfalls der ( ersten) Spannungssensoreinheit SU oder/und Fehlerstromsensoreinheit FI .

Das Schutzschaltgerät SG, insbesondere die Steuerungseinheit SE , kann einem Mikrocontroller (= Mikroprozessor ) aufweisen, auf dem ein Computerprogrammprodukt läuft , umfassend Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch den Mikrocontroller diesen veranlassen nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes die elektronische Unterbrechungseinheit niederohmig werden zu lassen . Weiterhin eine Konfigurierbarkeit zu ermöglichen oder/und eine Überprüfungs funktion (wie vorstehend und nachfolgend beschrieben) für ein Schutzschaltgerät durchzuführen .

Das Computerprogrammprodukt kann vorteilhaft auf einem computerlesbaren Speichermedium; wie ein USB-Stick, CD-ROM, etc . ; gespeichert sein, um z . B . ein Upgrade auf eine erweiterte Version zu ermöglichen .

Das Computerprogrammprodukt kann alternativ auch vorteilhaft durch ein Datenträgersignal übertragen werden .

Die Steuerungseinheit SE kann :

* mit einer digitalen Schaltung, z . B . mit einem (weiteren) Mikroprozessor, realisiert sein; der (weitere ) Mikroprozessor kann auch einen Analog-Teil enthalten;

* mit einer digitalen Schaltung mit analogen Schaltungsteilen realisiert sein .

Das Schutzschaltgerät SG, insbesondere die Steuerungseinheit SE , ist derart ausgestaltet , dass bei Überschreitung von Di fferenzstromgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird (um einen Fehlerstrom zu vermeiden) . Dies wird insbesondere dadurch erreicht , dass die elektronische Unterbrechungseinheit EU vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand wechselt . Die Initiierung der Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises erfolgt beispielsweise durch ein erstes Unterbrechungssignal TRIP, dass von der Steuerungseinheit SE an die elektronische Unterbrechungseinheit EU gesendet wird, wie in Figur 1 eingezeichnet.

Die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist gemäß Figur 1 einpolig in einem Leiter, im Beispiel bevorzugt dem Phasenleiter, eingezeichnet. Damit ist in dieser ersten Variante eine Unterbrechung eines Leiters gemeint. Mindestens ein Leiter, insbesondere der aktive Leiter respektive Phasenleiter, weist halbleiterbasierte Schaltelemente auf. Der Neutralleiter kann schaltelementefrei sein, d.h. ohne halbleiterbasierte Schaltelemente. D.h. der Neutralleiter ist direkt verbunden, d.h. wird nicht hochohmig. D.h. es erfolgt nur eine einpolige Unterbrechung (des Phasenleiters) .

Sind weitere aktive Leiter / Phasenleiter vorgesehen, weisen in einer zweiten Variante der elektronischen Unterbrechungseinheit EU die Phasenleiter halbleiterbasierten Schaltelemente auf. Der Neutralleiter ist direkt verbunden, d.h. wird nicht hochohmig. Beispielsweise für einen Dreiphasen-Wechsel- stromkreis .

In einer dritten Variante der elektronischen Unterbrechungseinheit EU kann der Neutralleiter ebenfalls ein halbleiterbasiertes Schaltelement aufweisen, d.h. bei einer Unterbrechung der elektronischen Unterbrechungseinheit EU werden beide Leiter hochohmig (zweipolige bzw. mehrpolige Ausführung) .

Die elektronische Unterbrechungseinheit EU kann Halbleiterbauelemente wie Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren (FET) , Isolated Gate Bipolartransistoren (IGBT) , Metall Oxid Schicht Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder andere (selbstgeführte) Leistungshalbleiter aufweisen. Insbesondere IGBT's und MOSFET' s eignen sich auf Grund geringer Durchflusswiderstände, hoher Sperrschichtwiderstände und eines guten Schaltverhaltens besonderes gut für das erfindungsgemäße Schutzschaltgerät .

Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann in einer ersten Variante einpolig unterbrechen. D.h. es wird nur ein Leiter der beiden Leiter, insbesondere der aktive Leiter respektive Phasenleiter unterbrochen, d . h . weist einen mechanischen Kontakt auf . Der Neutralleiter ist dann kontaktfrei , d . h . der Neutralleiter ist direkt verbunden .

Sind weitere aktive Leiter / Phasenleiter vorgesehen, weisen in einer zweiten Variante die Phasenleiter mechanische Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystems auf . Der Neutralleiter ist in dieser zweiten Variante direkt verbunden . Beispielsweise für einen Dreiphasen-Wechselstromkreis .

In einer dritten Variante des mechanischen Trennkontaktsystem MK weist der Neutralleiter ebenfalls mechanische Kontakte auf , wie in Figur 1 eingezeichnet .

Mit mechanischer Trennkontakteinheit MK ist insbesondere eine (normgerechte ) Trennfunktion gemeint , realisiert durch die Trennkontakteinheit MK . Mit Trennfunktion sind die Punkte : -Mindestluf tstrecke nach Norm (Mindestabstand der Kontakte ) , -Kontaktstellungsanzeige der Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystem, -Betätigung des mechanischen Trennkontaktsystem immer möglich ( keine Blockierung des Trennkontaktsystems ) , so genannte Freiauslösung gemäß Norm, gemeint .

Hinsichtlich der Mindestluf tstrecke zwischen den Kontakten des Trennkontaktsystem ist diese im Wesentlichen spannungsabhängig . Weitere Parameter sind der Verschmutzungsgrad, die Art des Feldes (homogen, inhomogen) , und der Luftdruck bzw . die Höhe über Normalnull .

Für diese Mindestluf tstrecken bzw . Kriechstrecken gibt es entsprechende Vorschri ften bzw . Normen . Diese Vorschri ften geben beispielsweise bei Luft für eine Stoßspannungs festigkeit die Mindestluf tstrecke für ein inhomogenes und ein homogenes ( ideales ) elektrisches Feld in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad an . Die Stoßspannungs festigkeit ist die Festigkeit beim Anlegen einer entsprechenden Stoßspannung . Nur bei Vorliegen dieser Mindestlänge (Mindeststrecke ) weist das Trennkontaktsystem bzw. Schutzschaltgerät eine Trennfunktion (Trennereigenschaft) auf.

Im Sinne der Erfindung sind hierbei für die Trennerfunktion und deren Eigenschaften die Normenreihe DIN EN 60947 bzw. IEC 60947 einschlägig, auf die hier durch Referenz Bezug genommen wird .

Das Trennkontaktsystem ist vorteilhafterweise durch eine Min- destluf tstrecke der geöffneten Trennkontakte in der Ausstellung (Geöffnet Stellung, geöffnete Kontakte) in Abhängigkeit von der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit und dem Verschmutzungsgrad gekennzeichnet. Die Mindestluf tstrecke beträgt insbesondere zwischen (im Minimum) 0,01 mm und 14 mm. Insbesondere beträgt vorteilhafterweise die Mindestluf tstrecke zwischen 0,01 mm bei 0,33 kV und 14 mm bei 12 kV, insbesondere für Verschmutzungsgrad 1 sowie insbesondere für inhomogene Felder.

Vorteilhafterweise kann die Mindestluf tstrecke die folgenden

Werte aufweisen:

E DIN EN 60947-1 (VDE 0660-100) :2018-06

Tabelle 13 - Mindestluftstrecken

Die Verschmutzungsgrade und Feldarten entsprechen den in den Normen definierten . Dadurch lässt vorteilhafterweise ein entsprechend der Bemessungsstoßspannungs festigkeit dimensioniertes normgerechtes Schutzschaltgerät erzielen .

Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann alternativ oder zusätzlich durch die Steuerungseinheit SE angesteuert werden, um bei Überschreitung mindestens eines Di f ferenzstromgrenzwertes eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises zu initiieren . Speziell wird hierbei ggfs . eine galvanische Trennung herbei führt . Die Initiierung der Vermeidung eines Stromflusses bzw . eine ggfs . galvanischen Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises erfolgt beispielsweise durch ein zweites Unterbrechungssignal TRIPG, dass von der Steuerungseinheit SE zum mechanisches Trennkontakteinheit ( Trennkontaktsystem) MK gesendet wird, wie in Figur 1 eingezeichnet . Insbesondere kann das Öf fnen der Kontakte durch die Handhabe nicht blockiert werden, d . h . auch bei blockierter Handhabe ( Schließen der Kontakte ) werden die Kontakte geöf fnet ( so genannte freie Auslösung / Freiauslösung) .

Die mechanische Trennkontakteinheit kann derart ausgestaltet sein, dass eine Positionsinformation der Kontakte ( geöf f- net/geschlossen) ermittelt wird und an die Steuerungseinheit SE übermittelt wird . Die Positionsinformation kann beispielsweise durch einen ersten Positionssensor ermittelt werden . Alternativ oder zusätzlich kann eine Handhabeinformation der Stellung der Handhabe ( geöf fnet/geschlossen) ermittelt werden und an die Steuerungseinheit SE übermittelt werden . Die Handhabeinformation kann beispielsweise durch einen zweiten Positionssensor ermittelt werden .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei einer ermittelten Di f ferenzstromhöhe , die einen zweiten Di f ferenzstromschwellwert überschreitet , eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises initiiert werden, insbesondere durch die mechanische Trennkontakteinheit MK .

Das Schutzschaltgerät SG ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet , dass die elektronische Unterbrechungseinheit EU im freigeschalteten Zustand, d . h . wenn die Kontakte der mechanische Trennkontakteinheit MK geöf fnet sind, hochohmig ist . Bedient ein Benutzer des Schutzschaltgerätes SG die mechanische Handhabe für einen Einschaltvorgang, um die Kontakte zu schließen, wird, insbesondere nach Schließen der Kontakte ( d . h . Zuschalten) , eine Überprüfungs funktion ausgeführt . Liefert die Überprüfungs funktion ein positives Ergebnis , wird die elektronische Unterbrechungseinheit EU niederohmig . Andernfalls nicht .

D . h . die elektronische Unterbrechungseinheit EU wird erst dann niederohmig, wenn die Überprüfungs funktion einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zulässt .

Das Schutzschaltgerät SG ist ferner erfindungsgemäß derart ausgestaltet , dass bei geschlossenen Kontakten des Schutzschaltgerätes bei einem Eintreten eines spannungsverminderten Zustandes des Niederspannungsstromkreis die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird . Nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes wird die elektronische Unterbrechungseinheit wieder niederohmig . D . h . z . B . nach einem Spannungsaus fall im Niederspannungsstromkreis wird automatisch wieder ein (potentieller ) Stromfluss im Niederspannungsstromkreis hergestellt , durch ein automatisches niederohmig werden der elektronische Unterbrechungseinheit EU .

Das Verhalten des Schutzschaltgerätes nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes kann konfigurierbar sein .

D . h . insbesondere kann ein niederohmig werden bzw . hochohmig bleiben der elektronischen Unterbrechungseinheit nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes konfiguriert werden .

Die Konfiguration kann eine zeitliche Komponente enthalten . Z . B . kann für spannungsverminderten Zustand, der eine erste Zeitdauer unterschreitet , ein niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit erfolgen . Bei einem spannungsverminderten Zustand, der eine erste Zeitdauer überschreitet , bleibt die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig .

Die erste Zeitdauer kann im Minuten- oder einstelligen Stundenbereich liegen .

Beispielsweise kann die erste Zeitdauer 5 h betragen . Beispielsweise kann das niederohmig werden (wiedereinschalten) erlaubt sein, wenn des spannungsverminderten Zustandes „nur" für eine oder einige Minuten oder eine oder einige Stunden vorliegt . Beispielsweise kann der hochohmige Zustand beibehalten werden, wenn der spannungsverminderte Zustand für mehr als 4 Stunden, 5 h, 6 h, 7 h oder 8 Stunden oder einen Tag oder länger vorliegt .

Vorteilhaft kann nach dem Verlassen des spannungsverminderten Zustandes , d . h . z . B . nach Beendigung eines Spannungsaus falls , die elektronische Unterbrechungseinheit erst dann niederohmig werden, wenn eine Überprüfungs funktion einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zulässt . Das Ereignis des Verlassens des spannungsverminderten Zustandes kann vorteilhaft am Schutzschaltgerätes durch eine Anzeigeeinheit AE angezeigt oder/und durch eine Kommunikationseinheit kommuniziert werden.

Die Anzeigeeinheit AE ist vorteilhaft mit der Steuerungseinheit SE verbunden, wie in Figur 1 dargestellt.

Die Kommunikationseinheit (in Figur 1 nicht dargestellt) ist vorteilhaft mit der Steuerungseinheit (SE) verbunden und kann eine drahtgebundene oder/und drahtlose Kommunikation, z.B. über Bluetooth oder WLAN, ermöglichen.

In Figur 2 sind verschiedene Zustände ON, OFF, Standby des Schutzschaltgerätes SG dargestellt. Figur 2 zeigt prinzipiell ein Ablauf diagramm zum Verhalten des (netzspannungsabhängigen) Schutzschaltgerätes, insbesondere zur Erkennung von Fehlerströmen (Differenzströmen) , bei Schwankungen der Spannungshöhe des Niederspannungsstromkreises (Netzspannungsschwankungen) .

Im eingeschalteten Zustand ON, 300, Z4 überprüft das Gerät zyklisch seine eigene Funktionsfähigkeit. Dies betrifft z.B. insbesondere die Funktionsfähigkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit EU und die Funktionsfähigkeit der Fehlerstromsensoreinheit bzw. (elektronischen) Fehlerstrommes- sung/Dif f erenzstrommessung . Wird ein Fehler in einer Einheit bzw. Komponente erkannt, geht das Schutzschaltgerät automatisch in den sicheren, galvanisch getrennten Zustand OFF, 100, ZI Zustandswechsel 350. D.h. die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK werden (durch die Steuerungseinheit SE) geöffnet.

Ist das Schutzschaltgerät im eingeschalteten Zustand ON, 300, Z4 und sinkt die Spannung im Niederspannungsstromkreis unter z.B. die Untergrenze des Betriebsspannungsbereiches des Schutzschaltgerätes (kann gleich der Obergrenze des spannungsvermindernden Zustandes sein) wird die elektronische Unterbrechungseinheit EU „ausgeschaltet", d.h. weist den hochohmigen Zustand auf, d.h. der Zustand Standby, 200, Z2 wird eingenommen, Zustandswechsel 250.

Die Untergrenze des Betriebsspannungsbereiches kann die Spannungsgrenze für die eigene Funktionsfähigkeit des Schutz- schaltgerätes sein.

D.h., dass Schutzschaltgerät geht nicht, wie beispielsweise normenseitig gefordert, in den galvanische getrennten Zustand OFF, sondern die Kontakte bleiben weiterhin geschlossen und nur die elektronische Unterbrechungseinheit wird hochohmig.

Das Schutzschaltgerät signalisiert im (annähernd spannungslosen) Zustand, z.B. durch die Anzeigeeinheit DISP, den Zustand Standby, 200, d.h. einen spannungslosen Zustand Standby.

Ein Ausschalten der elektronischen Unterbrechungseinheit kann sicher durchgeführt werden, da z.B. Selbst-sperrende Leistungshalbleiter im Schutzschaltgerät eingesetzt werden können, die nur durch das Anlegen einer Gate-Spannung einschaltbar sind.

Befindet sich das Gerät im spannungsverminderten Standby-Zu- stand 200 und kehrt die Netzspannung wieder zurück bzw. überschreitet die Netzspannung die Spannungsgrenze für die eigene Funktionsfähigkeit bzw. die Untergrenze des Betriebsspannungsbereiches, Zustandswechsel 220, geht das Gerät in den Zustand Standby, 210, Z3. Die elektronische Unterbrechungseinheit könnte hier prinzipiell wieder niederohmig werden. Bevor die elektronische Unterbrechungseinheit EU allerdings wieder niederohmig wird, führt eine Überprüfungsfunktion einen Selbsttest der Funktionsfähigkeit des Schutzschaltgerätes durch, insbesondere einen Selbsttest der (netzspannungsabhängigen) Ermittlung des Differenzstromes. Bei dem mindestens eine Komponente, insbesondere mehrere Komponenten, einer Einheit, insbesondere mehrerer Einheiten, des Schutzschaltgerätes überprüft werden. Bei Funktionsfähigkeit der mindestens einen Komponente, insbesondere mehrerer Komponenten, einer Einheit, insbesondere mehrerer Einheiten, wird der niederohmige Zustand zugelassen.

Wird ein Fehler erkannt, geht das Gerät automatisch in den sicheren galvanisch getrennten OFF-Zustand 100, ZI, Zustandswechsel 150.

Wird kein Fehler erkannt, geht das Schutzschaltgerät durch niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit EU in den Zustand ON, 300, Z4 Zustandswechsel 270.

Das Schutzschaltgerät SG führt zyklisch Selbsttests im Zustand ON, 300, Z4 für die Funktionsfähigkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit EU bzw. deren halbleiterbasierte Schaltelemente sowie der anderen Einheiten durch. Insbesondere führt das Gerät zyklische Selbsttests der (netzspannungsabhängigen) Ermittlung des Differenzstromes durch. Dadurch wird ein Defekt im Schutzschaltgerät selbstständig erkannt. Im Fall eines Defektes kann der hochohmige Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit EU aktiviert werden bzw. besser die Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit MK geöffnet, d.h. der galvanisch getrennte Zustand wird selbstständig hergestellt.

Im Folgenden wird dies anhand der Zustände ZI, Z2, Z3 und Z4 mit Bezug auf Figur 3 weiter erläutert.

Figur 3 zeigt eine mögliche äußere Darstellung eines Schutz- schaltgerätes SG gemäß Figur 1. Figur 3 zeigt ein hutschienenmontierbares Schutzschaltgerät SG mit einer Breite von z.B. 1 TE, 1,5 bzw. 2 TE mit zweipoligen Anschlüssen (L, N) .

In der Elektroinstallation und im Schaltschrankbau wird die Breite von Einbaugeräten wie Schutzschaltgeräten, Leitungsschut zschaltern, Fehlerstrom-Schutzschaltern usw. in Teilungseinheiten, kurz TE, angegeben. Die Breite einer Teilungseinheit beträgt 18 mm. Die Einbaubreite der Geräte soll nach der Norm DIN 43880: 1988-12 zwischen 17,5 und 18,0 mm liegen, oder sich aus der Multiplikation dieser Abmessung mit 0,5 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon errechnen, also: k x 0,5 x 18 mm oder k x 0,5 x 17,5 mm (mit k = 1, 2, 3, ...) . So hat zum Beispiel ein einpoliger Leitungsschutzschalter eine Breite von 1 TE . Die Einbauten von Elektroinstallations” Verteilern sind nach DIN 43871 „Installationskleinverteiler für Einbaugeräte bis 63 A" auf die Teilungseinheiten abgestimmt, z. B. die Breite von Tragschienen/Hutschienen .

Figur 3 zeigt das Schutzschaltgerät SG mit einer Handhabe HH für die mechanische Trennkontakteinheit MK. Die Handhabe HH der mechanischen Trennkontakteinheit MK ist durch einen Benutzer bedienbar, d.h. es kann ein Zuschalten und Freischalten erfolgen. Das Schutzschaltgerät SG gemäß Figur 3 weist eine Anzeigeeinheit AE auf, zur Informationsanzeige am Schutzschaltgerät SG. Im Beispiel gemäß Figur 3 ist die Anzeigeeinheit AE in der Handhabe HH integriert.

Die Anzeigeeinheit AE weist z.B. (mindestens) eine Leuchtdi- ode/Lichtemitterdiode auf, beispielsweise eine zweifarbige Lichtemitterdiode, die z.B. gelb blinken oder rot leuchten kann. Im Beispiel gemäß Figur 3 ist die Leuchtdiode je nach Stellung der Handhabe teilweise verdeckt.

Im ersten Zustand ZI ist das Schutzschaltgerät SG freigeschaltet und ausgeschaltet, d.h. die mechanische Trennkontakteinheit MK ist geöffnet und die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist hochohmig. Die Anzeigeeinheit AE zeigt beispielsweise einen grünen Zustand an, beispielsweise durch eine farbliche Kennzeichnung, im Beispiel an bzw. im Bereich der Handhabe HH.

In einem zweiten Zustand Z2 ist das Schutzschaltgerät SG zugeschaltet und ausgeschaltet, d.h. die mechanische Trennkontakteinheit MK ist geschlossen und die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist hochohmig. Allerdings weist das Schutzschaltgerät SG keine Energieversorgung auf, weil beispielsweise der elektrischen Niederspannungsstromkreises spannungslos ist. Die Anzeigeeinheit AE zeigt beispielsweise einen gelben Zustand an, beispielsweise durch eine farbliche Kennzeichnung, im Beispiel an bzw. im Bereich der Handhabe HH.

In einem dritten Zustand Z3 ist das Schutzschaltgerät SG zugeschaltet aber noch ausgeschaltet, d.h. die mechanische Trennkontakteinheit MK ist geschlossen und die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist hochohmig. Das Schutzschaltgerät SG ist (Normalfall) mit Energie versorgt. Allerdings ist das Schutzschaltgerät SG noch nicht eingeschaltet, d.h. Strom im elektrischen Niederspannungsstromkreises kann noch nicht fließen. In diesem Zustand führt das Schutzschaltgerät SG beispielsweise seine Überprüfungsfunktion aus. Die Anzeigeeinheit AE zeigt beispielsweise einen blinkenden gelben Zustand an, beispielsweise durch eine blinkende Leuchtdiode, z.B. an bzw. im Bereich der Handhabe HH.

In einem vierten Zustand Z4 ist das Schutzschaltgerät SG zugeschaltet und eingeschaltet, d.h. die mechanische Trennkontakteinheit MK ist geschlossen und die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist niederohmig. (Das Schutzschaltgerät SG ist (Normalfall) mit Energie versorgt.) Ein Strom im elektrischen Niederspannungsstromkreises kann fließen. In diesem Zustand hat das Schutzschaltgerät SG beispielsweise seine Überprüfungsfunktion positiv beendet. Die Anzeigeeinheit AE zeigt beispielsweise einen roten Zustand an, beispielsweise durch eine rot leuchtende Leuchtdiode/Lichtemit- terdiode, zum Beispiel an bzw. im Bereich der Handhabe HH. Nach einem Spannungsausfall und wiederhergestellten (potentiellen) Stromfluss bzw. Energiefluss kann hier neben oder alternativ zur „roten" Anzeige eine weitere Anzeige erfolgen, beispielsweise :

- eine gleichzeitige rote und gelbe Anzeige,

- eine gleichzeitige rote und orange Anzeige.

Figur 4 zeigt eine Darstellung der Zustände ZI, Z2, Z3, Z4 des Schutzschaltgerätes SG. Hierbei sind der zweite und dritte Zustand Z2, Z3 zu einem Modus Control (=Standby) zusammengefasst .

D.h. das Schutzschaltgerätes SG weist im Wesentlichen drei Modi auf. Ein erster Modus OFF, bei dem die mechanische Trennkontakteinheit MK geöf fnet und die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig ist ; ein zweiter Modus CONTROL (=Standby) , bei dem die mechanische Trennkontakteinheit MK geschlossen und die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig ist ; ein dritter Modus ON, bei dem die mechanische Trennkontakteinheit MK geschlossen und die elektronische Unterbrechungseinheit EU niederohmig ist .

Ein Wechsel vom ersten Modus OFF zum zweiten Modus CONTROL ist nur manuell durch einen Benutzer durch eine Betätigung BT der Handhabe möglich . Ein Wechsel vom zweiten Modus CONTROL zurück zum ersten Modus OFF ist manuell durch einen Benutzer durch eine Betätigung BT der Handhabe und optional durch die Steuerungseinheit SE möglich .

Ein Wechsel vom zweiten Modus CONTROL (=Standby) zum dritten Modus ON und zurück ist nur „automatisch" durch das Schutz- schaltgerätes SG selbst möglich, durch einen automatischen Einschaltvorgang BE (bzw . automatischen Ausschaltvorgang - beispielsweise bei Erfüllung einer Kurzschlussbedingung) . Insbesondere ein Wechsel vom zweiten Modus CONTROL zum dritten Modus ON kann von einem Benutzer nicht erzwungen werden . Im Falle eines Verlassens des spannungsverminderten Zustandes ( z . B . Spannungsaus falles ) kehrt das zugeschaltete Schutzschaltgerät j e nach Ausgestaltung automatisch nach Wiederanlegen der Spannung in den niederohmigen Zustand / eingeschalteten / dritten Zustand ON zurück .

Die Überprüfungs funktion weist einen Selbsttest der Funktions fähigkeit des Schutzschaltgerätes auf . Bei diesem Selbsttest wird mindestens eine Komponente , insbesondere mehrere Komponenten, einer Einheit , insbesondere mehrerer Einheiten, des Schutzschaltgerätes SG überprüft . Bei Funktions fähigkeit der geprüften Komponenten bzw . Einheiten wird der niederohmige Zustand zugelassen .

Ein Selbsttest der Funktions fähigkeit mindestens einer Komponente einer Einheit des Schutzschaltgerätes kann darin bestehen, dass von der Komponente der Einheit bzw . der Einheit , beispielsweise der Spannungssensoreinheit oder Fehlerstromsensoreinheit, an die Steuerungseinheit gelieferte Werte, beispielsweise Werte der ermittelten Höhe der Spannung oder des Differenzstromes, definierte Grenzwerte (obere oder/und untere Grenzwerte) nicht überschreiten.

Ein weiterer Selbsttest kann darin bestehen, dass die elektronische Unterbrechungseinheit kurzzeitig eingeschaltet wird, d.h. das halbleiterbasierte Schaltelement kurzzeitig niederohmig geschaltet wird. Mit kurzzeitig ist hierbei eine bestimmte Zeitspanne gemeint, bei der momentane Spannungswert u(t) der Wechselspannung einen bestimmten Wert, beispielsweise von 50 Volt, nicht überschreitet. So kann beispielsweise zum Nulldurchgang der Wechselspannung (0°) für ca. 444 ps / bis 8° die Wechselspannung zugeschaltet werden (elektronische Unterbrechungseinheit EU niederohmig) , d.h. bis der momentane Spannungswert maximal 50 Volt erreicht wird. Alternativ kann auch bei ca. -8° (bezogen auf den Nulldurchgang der Wechselspannung) eingeschaltet werden, der Nulldurchgang durchlaufen werden und bei +8° wieder ausgeschaltet werden, also für ca. 888 ps . D.h. die Einschalt-Zeitspanne ist kleiner als eine 1 ms, insbesondere kleiner als 0,9 ms, spezieller etwa 0,8 ms (oder jeweils die Hälfte, jeweils abhängig vom Einschaltzeitpunkt) .

Durch dieses kurzzeitige Einschalten können verschieden Einheiten bzw. deren Komponenten geprüft werden:

- die elektronische Unterbrechungseinheit EU,

- die Spannungssensoreinheit SU.

Der Selbsttest des Gerätes kann ferner eine Temperaturmessung aufweisen, beispielsweise des Mikroprozessors oder der halbleiterbasierten Schaltelemente. Durch eine Temperaturüberwachung am Mikroprozessor ist beispielsweise eine Überprüfung der Steuerungseinheit möglich.

Neben dem Selbsttest des Gerätes kann die Überprüfungsfunktion ferner einen Test des Niederspannungsstromkreises, spezieller des lastseitigen oder netzseitigen Anschlusses, aufweisen. Beispielsweise kann eine Überprüfung mindestens eines , insbesondere mehrerer oder aller, der nachfolgenden Parameter durchgeführt werden :

- Überprüfung auf Überschreitung eines ersten Überspannungswertes oder/und höheren zweiten Überspannungswertes oder/und höheren dritten Überspannungswertes , insbesondere am bzw . im Bereich des netzseitigen Anschlusses ,

- Überprüfung auf Unterschreitung eines ersten Unterspannungswertes , insbesondere am bzw . im Bereich des netzseitigen Anschlusses ,

- Überprüfung auf Parameter des lastseitigen Anschlusses , insbesondere auf Unterschreitung eines lastseitigen ersten oder/und zweiten Widerstandeswertes oder lastseitigen ersten oder/und zweiten Impedanzwertes , insbesondere auf Überschreitung eines lastseitigen ersten oder/und zweiten Di f ferenzstromes .

Die Überprüfung auf Überspannungs- und Unterspannungswerte kann durch Messungen durch die Spannungssensoreinheit erfolgen . Die Grenzwerte können wie bereits dargestellt festgelegt werden .

Abhängig von der Implementierung der zu prüfenden Parameter, d . h . der vorhergehenden Implementierung, kann : bei Überschreitung des ersten Überspannungswertes eine Überspannungsinformation abgegeben ( Spannung zu hoch) , bei Überschreitung des zweiten Überspannungswertes erfolgt ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit ( Spannungshöhe kritisch) , bei Überschreitung des dritten Überspannungswertes erfolgt ein Öf fnen der Kontakte ( Freischalten) durch die mechanische Trennkontakteinheit ( Spannungshöhe gefährlich ( für den weiteren Betrieb des Gerätes ) ) , bei Unterschreitung des ersten Unterspannungswertes wird eine Unterspannungsinformation abgegeben ( Gerät arbeits- und schutz fähig, aber „Spannung im Netz zu niedrig" ) , bei Unterschreitung eines dritten Unterspannungswertes bleibt die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig ( Spannung zu gering, Gerät nicht mehr schutz fähig) , insbesondere sofern die Spannungshöhe größer als ein zweiter Unterspannungswert ist ( sonst kann keine Anzeige bzw . Aktion erfolgen, da die Spannung zu gering ist ) , bei Überschreitung des ersten Temperaturgrenzwertes wird eine Temperaturinformation abgegeben ( erhöhte Temperatur ) , bei Überschreitung des zweiten Temperaturgrenzwertes erfolgt ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit ( kritische Temperatur ) , bei Überschreitung des dritten Temperaturgrenzwertes erfolgt ein Öf fnen der Kontakte ( Freischaltung) ( Temperatur zu hoch ( für sicheren Betrieb des Gerätes ) ) , bei Unterschreitung des lastseitigen ersten Widerstandeswer- tes oder lastseitigen ersten Impedanzwertes wird eine Impedanzinformation abgegeben (niederohmiger Verbraucher - Überlast? ) , oder bei Unterschreitung des lastseitigen zweiten Widerstandeswer- tes oder lastseitigen zweiten Impedanzwertes bleibt die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig (Kurzschluss auf Lastseite ) .

So können abgestuft definierte Maßnahmen - Warnung - hochohmig bleiben - galvanische Trennung - durchgeführt werden, abhängig vom Über- bzw . Unterschreiten bestimmter definierter Paramater, was die Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erhöht .

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 . Die Erfindung hat den Vorteil , dass kein unsicherer Zustand aufgrund einer ungültigen ( zu geringen) Netzspannung entstehen kann .

- Bei zu geringer Netzspannung kann kein Undefinierter Zustand in der Steuerungseinheit auftreten, d . h . auch kein Undefinierter Zustand in der netzspannungsabhängigen Di f ferenzstromermittlung auftreten .

- Das Gerät schaltet beim Unterschreiten der Spannungsgrenze nicht in den getrennten Zustand .

- Das Gerät kann, nachdem die gültige Netzspannung wiederkehrt , wieder einschalten .

Bei zu geringer Netzspannung kann kein (unter Spannung stehender ) ungeschützter Zustand an der Lastseite entstehen, obwohl eine netzspannungsabhängige Di f ferenzstromermittlung vorgenommen wird, da die elektronische Unterbrechungseinheit ( automatisch) aus bzw . hochohmig geschaltet wird .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .