Die Erfindung betrifft eine Niederspannungs-Schutzschaltgerät gemäß dem

Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es sind Schutzschaltgeräte für vielfältige Spezialanwendungen bekannt, welche eine elektrische Instalationsumgebung etwa vor Erdfehlerströmen oder

Kurzschlussströmen schützen.

Es sind weiters Schutzschaltgeräte bekannt, welche neben mechanischen

Trennkontakten Halbleiterschalter aufweisen. Solche Schaltgeräte werden in der Regel als hybride Schaltgeräte bezeichnet. Ein derartiges hybrides Schaltgerät ist etwa aus der WO 2015/028634 A1 der Anmelderin bekannt.

Nachteilig an all diesen bekannten Schaltgeräten bzw. Schutzkonzepten ist, dass jeweils für die Absicherung ein und desselben elektrischen Teilnetzes gegen die Auswirkungen unterschiedlicher elektrischer Fehler jeweils spezielle Schutzschalter erforderlich sind. So sind für ein und dasselbe Teilnetz derzeit ein Fehlerstrombzw. Differenzstromschutzschalter, ein Überstrom /Kurzschluss-Schutzschalter, auch als Leitungsschutzschalter bezeichnet, ein Lichtbogendetektor/Schutzschalter und ein Überspannungsabieiter erforderlich, um einen umfänglichen Schutz zu gewährleisten. Dies stellt einen erheblichen Aufwand hinsichtlich der Installation der erforderlichen Gerätschaften und dem Platzbedarf dar. Zudem steigt durch die zunehmende Komplexität der Anzahl an Schutzschaltgeräten der Aufwand zur Abstimmung untereinander. Damit geht ein erhöhtes Risiko von Installationsfehlern für den Installateur einher.

Ein weiterer Nachteil, der all diesen üblichen Schutzschaltgeräten gemein ist, ist der Umstand, dass diese im Notfall bzw. im Falle eines erkannten Fehlers das nachgeschaltete Teilnetz abschalten, und zwar spätestens zum nächsten

Nulldurchgang der Versorgungsspannung, was beim europäischen Verbundnetz bedeutet, dass eine Abschaltung nach maximal 10 ms erfolgt. Dies war in der Vergangenheit kein besonderer Nachteil, aufgrund der meist einfachen elektrischen Geräte, stellt jedoch zwischenzeitlich ein erhebliches Problem für die vielfältig eingesetzten Computer dar, welche zwischenzeitlich als sog. Embedded Systems in nahezu allen elektrischen Geräten verbaut werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Niederspannungs-Schutzschaltgerät der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welchem der Installationsaufwand verringert werden kann, und welches eine teilweise bzw. zeitweise Weiterbenützung nachgeschalteter Geräte ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.

Dadurch kann ein umfassender Schutz von Menschen und Anlagen gegen die mittelbaren wie unmittelbaren Gefahren des elektrischen Stromes mit lediglich einem einzigen Gerät erreicht werden. Dadurch wird der Aufwand an

erforderlichen Schutzgeräten drastisch verringert. Dadurch wird vor allem der Installationsaufwand sowie die Möglichkeit hiebei Fehler zu machen deutlich reduziert. Dadurch besteht weiters die Möglichkeit ein nachgeschaltetes Netz nicht gänzlich abzuschalten, sondern für eine kurze aber ausreichende Zeit die an dem Teilnetz, welches dem Neiderspannungs-Schutzschaltgerät nachgeschaltet ist, anliegende Spannung so weit zu reduzieren, dass diese für Menschen und die meisten Anlagen weniger gefährlich, aber gleichzeitig ausreichend hoch für die heute üblichen Schaltnetzteile ist. Dadurch können die Gefahren eines elektrischen Fehlers gebannt werden, während gleichzeitig die Möglichkeit besteht in Form einer Notfallroutine relevante Daten zu sichern bzw. Prozesse zu stoppen, bevor eine gänzliche Abschaltung des Netzes erfolgt.

Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines gegenständlichen Niederspannungs-Schutzschaltgeräts; und Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines gegenständlichen Niederspannungs-Schutzschaltgeräts.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils Blockschaltbilder bevorzugter Ausführungsformen eines Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 mit mindestens einer

Außenleiterstrecke 2 von einem Außenleiterversorgungsanschluss 3 des

Niederspannungs-Schutzschaltgeräts 1 zu einem Außenleiterlastanschluss 4 des Niederspannungs-Schutzschaltgeräts 1 , und einer Neutralleiterstrecke 5 von einem Neutralleiteranschluss 6 des Niederspannungs-Schutzschaltgeräts 1 zu einem Neutralleiterlastanschluss 7 des Niederspannungs-Schutzschaltgeräts 1 , wobei das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 eine elektrische Messanordnung 12 aufweist, wobei das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 wenigstens eine

Halbleiterschaltungsanordnung 11 aufweist, und wobei das Niederspannungs- Schutzschaltgerät 1 eine elektronische Steuereinheit 13 aufweist, welche mit der Messanordnung 12 und der Halbleiterschaltungsanordnung 11 verbunden ist, wobei die Messanordnung 12 und/oder die elektronische Steuereinheit 13 zur Detektion einer vorgebbaren Kombination wenigstens zweier, insbesondere dreier,

vorzugsweise sämtlicher, elektrischer Fehler ausgewählt aus der Gruppe:

Überspannung, Unterspannung, Überstrom, insbesondere Kurzschlussstrom, Fehlerstrom und/oder Lichtbogen, ausgebildet ist, und wobei die

Halbleiterschaltungsanordnung 11 zur vorgebbaren Verringerung einer, an

Außenleiterversorgungsanschluss 3 und Neutralleiterlastanschluss 7 anliegenden Ausgangsspannung des Niederspannungs-Schutzschaltgeräts 1 gegenüber einer an Außenleiterversorgungsanschluss 3 und Neutralleiteranschluss 6 anliegenden Eingangsspannung des Niederspannungs-Schutzschaltgeräts 1 ausgebildet ist.

Dadurch kann ein umfassender Schutz von Menschen und Anlagen gegen die mittelbaren wie unmittelbaren Gefahren des elektrischen Stromes mit lediglich einem einzigen Gerät erreicht werden. Dadurch wird der Aufwand an

erforderlichen Schutzgeräten drastisch verringert. Dadurch wird vor allem der Installationsaufwand sowie die Möglichkeit hiebei Fehler zu machen deutlich reduziert. Dadurch besteht weiters die Möglichkeit ein nachgeschaltetes Netz nicht gänzlich abzuschalten, sondern für eine kurze aber ausreichende Zeit die an dem Teilnetz, welches dem Neiderspannungs-Schutzschaltgerät 1 nachgeschaltet ist, anliegende Spannung so weit zu reduzieren, dass diese für Menschen und die meisten Anlagen weniger gefährlich, aber gleichzeitig ausreichend hoch für die heute üblichen Schaltnetzteile ist. Dadurch können die Gefahren eines elektrischen Fehlers gebannt werden, während gleichzeitig die Möglichkeit besteht in Form einer Notfallroutine relevante Daten zu sichern bzw. Prozesse zu stoppen, bevor eine gänzliche Abschaltung des Netzes erfolgt.

Bei dem gegenständlichen Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 wie auch dem Schutzschaltgerät gemäß der WO 2015/028634 A1 handelt es sich um

Niederspannungs-Schutzschaltgeräte. Als Niederspannung wird wie an sich üblich der Bereich bis 1000V Wechselspannung bzw. 1500V Gleichspannung bezeichnet.

Das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 weist eine Außenleiterstrecke 2 sowie eine Neutralleiterstrecke 5 auf. Die Außenleiterstrecke 2 verläuft durch das Niederspannungs-Schutzschaltgeräte 1 von einem Außenleiterversorgungsanschluss 3 zu einem Außenleiterlastanschluss 4. Die Neutralleiterstrecke 5 verläuft durch das Schutzschaltgerät 1 von einem Neutralleiteranschluss 6 zu einem

Neutralleiterlastanschluss 7. Die betreffenden Anschlüsse 3, 4, 6, 7 sind jeweils bevorzugt als Schraubanschlussklemmen bzw. Steckanschlussklemmen ausgebildet, und in dem Niederspannungs-Schutzschaltgeräte 1 von außen zugänglich

angeordnet.

Das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 weist bevorzugt ein Isolierstoffgehäuse auf.

Das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 kann sowohl ein AC- wie auch ein DC- Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 sein. Die jeweils erforderlichen baulichen Unterschiede zur Anpassung eines Schaltgeräts an die Verwendung bei Gleichstrom sind dem Fachmann geläufig und entsprechend anzuwenden, insbesondere im Bereich der Lichtbogenlöschung.

Eine an Außenleiterversorgungsanschluss 3 und Neutralleiteranschluss 6 anliegende elektrische Spannung wird als Eingangsspannung des Niederspannungs- Schutzschaltgeräts 1 bezeichnet. Diese ist in der Regel identisch mit der jeweils vorherrschenden Spannung des jeweiligen Versorgungsnetzes, etwa 240V. Eine an Außenleiterversorgungsanschluss 3 und Neutralleiterlastanschluss 7 anliegende elektrische Spannung wird Ausgangsspannung des Niederspannungs- Schutzschaltgeräts 1 bezeichnet.

Das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 weist eine elektrische Messanordnung sowie eine elektronische Steuereinheit 13 auf, wobei die elektrische

Messanordnung 12 nachrichtentechnisch mit der elektronischen Steuereinheit 13 verbunden ist.

Es ist vorgesehen, dass die Messanordnung 12 und/oder die elektronische

Steuereinheit 13 zur Detektion unterschiedlicher elektrischer Fehler ausgebildet sind. Dabei ist bekannt, dass manche elektrische Fehler, wie etwa Überströme, direkt detektiert werden können, indem ein ermittelter Messwert mit einem Grenzwert verglichen wird. Es ist gleichfalls bekannt, dass auf andere elektrische Fehler, wie insbesondere Lichtbögen, aus einer Analyse eines aufgenommenen Strom- und/oder Spannungsverlaufes geschlossen wird. Entsprechende Algorithmen bzw. Verfahren sind, auch seitens der Anmelderin, bekannt.

Bevorzugt ist die Messanordnung 12 eine Messanordnung zum Messen elektrischer Größen. Insbesondere umfasst die Messanordnung 12 eine Strommessanordnung, vorzugsweise umfassend wenigstens einen Shunt, einen Hallsensor, eine

Förstersonde und/oder einen Stromwandler, etwa einen Summenstromwandler. Weiters umfasst die Messanordnung 12 bevorzugt eine Spannungsmessanordnung, vorzugsweise umfassend einen hochohmigen Messwiderstand.

Die elektronische Steuereinheit 13 des Niederspannungs-Schutzschaltgeräts 1 ist bevorzugt umfassend einen Mikrocontroller bzw. Mikroprozessor ausgebildet. Die elektronische Steuereinheit 13 ist dazu ausgebildet, die seitens der Messanordnung 12 gelieferten Messsignale zu verarbeiten und daraus folgend eine

Halbleiterschaltungsanordnung 11 und vorzugsweise weitere Baugruppen des Niederspannungs-Schutzschaltgeräts 1 zu steuern.

Es ist vorgesehen, dass das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 bzw. die

Messanordnung 12 in Zusammenspiel mit der elektronischen Steuereinheit 13 dazu bzw. derart ausgebildet sind, eine Mehrzahl, also wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei, elektrische Fehler detektieren zu können. Die elektrischen Fehler sind dabei Fehler ausgewählt aus nachfolgender, nicht zwingend abgeschlossener Gruppe: Überspannung, Unterspannung, Überstrom, insbesondere

Kurzschlussstrom, Fehlerstrom und/oder Lichtbogen, wobei es sich bei einem Lichtbogen um einen seriellen und/oder parallelen Lichtbogen handeln kann.

Besonders bevorzugt ist das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 zur Detektion sämtlicher dieser Fehler ausgebildet. Es sei festgehalten, dass das Auftreten eines jeden dieser Fehler für sich allein angestrebt ist, dass aber auch ein gleichzeitiges Auftreten mehrerer Fehler erkannt werden soll. Dies würde etwa bei einem

Kurzschluss von Außenleiter auf Erde gegeben sein.

Die elektronische Steuereinheit 13 ist bevorzugt mit einer nicht dargestellten Kommunikationsschnittstelle des Niederspannungs-Schutzschaltgeräts 1 verbunden, um Daten zu den ermittelten Netzzuständen bzw. Fehlern versenden zu können. Dadurch wird die Fehlersuche und Behebung vereinfacht.

Es ist weiters vorgesehen, dass die Halbleiterschaltungsanordnung 1 1 derart ausgebildet ist, dass diese die Ausgangsspannung des Niederspannungs- Schutzschaltgeräts 1 gegenüber der Eingangsspannung des Niederspannungs- Schutzschaltgeräts 1 vorgebbar verringern kann, wenn diese durch die

elektronische Steuereinheit 13 entsprechend angesteuert wird.

Als„Verringern",„Reduzieren" und/oder„Absenken" wird gegenständlich nicht das vollständige Abschalten der Eingangsspannung verstanden. Die Begriffe werden gegenständlich synonym verwendet. Die verringerte Ausgangsspannung soll weiterhin eine elektrische Spannung deutlich größer Null sein. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Ausgangsspannung auf einen Wert reduziert wird, welcher ausreichend hoch ist, damit eine Vielzahl gängiger Schaltnetzteile noch mit dieser Spannung versorgt werden können. Besonders bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die Halbleiterschaltungsanordnung 1 1 dazu ausgebildet und im Niederspannungs- Schutzschaltgerät 1 angeordnet ist, die Ausgangsspannung auf 45 - 50 V AC bzw. 1 10 - 120 V DC abzusenken.

Die Absenkung der Ausgangsspannung mittels der Halbleiterschaltungsanordnung 1 1 kann auf unterschiedliche Weise und mit unterschiedlichem Schaltungsaufbau wie auch Betrieb der Schaltung erfolgen.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, wie diese in Fig. 1 in Form eines Blockschaltbilds dargestellt ist, ist in der Außenleiterstrecke 2 des

Niederspannungs-Schutzschaltgeräts 1 ein mechanischer Bypassschalter 8

angeordnet. Schaltungstechnisch parallel zu diesem ist die

Halbleiterschaltungsanordnung 11 angeordnet, welche gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführungsform einen Gleichrichter, eine Anzahl Leistungshalbleiter 14, insbesondere einen IGBT, sowie einen Snubber aufweist. Es können

diesbezüglich jedoch auch abweichende Schaltungen und Bauteile vorgesehen sein. Beim Öffnen des Bypassschalters 8 kommutiert der Strom auf die zuvor

eingeschaltete Halbleiterschaltungsanordnung 11. Durch getaktetes

Ein/Ausschalten, etwa entsprechend einer PWM, kann der Strom bzw. die Spannung am Ausgang kontrolliert werden.

Gemäß Fig. 2 ist vorgesehen, dass die Halbleiterschaltungsanordnung 11 als elektrischer Inverter 16 ausgebildet ist, bzw. dass das gesamte Niederspannungs- Schutzschaltgerät 1 ein Inverter ist, welcher die entsprechenden Schutzfunktionen erfüllen kann, und die zusätzlichen Baugruppen aufweist, welche ein

herkömmlicher Inverter nicht aufweist. Eine andere Bezeichnung für Inverter 16 ist Wechselrichter. Die Absenkung der Ausgangsspannung ist mittels eines Inverters 16 problemlos möglich und dem Fachmann geläufig. Im Gegensatz zu Fig. 1 befindet sich dabei die Halbleiterschaltungsanordnung 11 ständig im Stromfluss.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die elektronische Steuereinheit 13 und die

Halbleiterschaltungsanordnung 11 die Ausgangsspanung innerhalb einer

vorgebbaren ersten Zeitspanne vorgebbar absenken bzw. reduzieren, und entsprechend derart ausgebildet sind, eine solche Absenkung durchzuführen. Die erste Zeitspanne beträgt bevorzugt zwischen 0,5 ms und 2 ms, insbesondere im Wesentlichen 1 ms. Durch die schnelle Reduktion der Ausgangsspannung können Schäden für Menschen oder Anlagen verhindert werden. Wie bereist dargelegt, erfolgt diese Absenkung innerhalb der ersten Zeitspanne auf den Spannungswert größer Null.

Nachfolgend ist bevorzugt vorgesehen, die Ausgangsspannung für eine zweite Zeitspanne auf dem abgesenkten Spannungsniveau zu belassen, und nachfolgend gänzlich abzuschalten, daher die Ausgangsspannung auf Null zu bringen. Es ist entsprechend bevorzugt vorgesehen, dass das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 , insbesondere die elektronische Steuereinheit 13 und die

Halbleiterschaltungsanordnung 1 1 , dazu ausgebildet ist, die Ausgangsspanung nach einer vorgebbaren zweiten Zeitspanne nach deren Absenkung abzuschalten. Die zweite Zeitspanne beträgt vorzugsweise zwischen 0,8 s und 1 ,2 s, insbesondere im Wesentlichen 1 s. Diese Zeit von etwa einer Sekunde ist ausreichend lange um Notspeicherungen sensibler Daten zu ermöglich, wobei gleichzeitig die

Verlustleistung an der Halbleiterschaltungsanordnung 1 1 gering gehalten werden kann.

Zur vollständigen Abschaltung der Ausgangsspannung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 elektrische Trennkontakte 9 zur galvanischen Trennung aufweist, und dass die elektrischen Trennkontakte 9 zu deren Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinheit 13 verbunden sind. Die betreffenden Trennkontakte 9 sollen dabei lediglich die galvanische Trennung sicherstellen, nachdem die Halbleiterschaltungsanordnung 1 1 den Stromfluss über das Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1 bereits beendet hat.