Schutzschaltgerät und Verfahren

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

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

Mit Niederspannungsstromkreis bzw. -netz oder -anlage sind Stromkreise mit Nennströmen bzw. Bemessungsströmen von bis zu 125 Ampere, spezifischer bis zu 63 Ampere gemeint. Mit Nie- derspannungsstromkreis sind insbesondere Stromkreise mit Nennströmen bzw. Bemessungsströmen von bis zu 50 Ampere, 40 Ampere, 32 Ampere, 25 Ampere, 16 Ampere oder 10 Ampere ge- meint. Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn-, Bemessungs- oder/und Abschalt ströme gemeint, d.h. der Strom der im Normalfall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw. bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise un- terbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie ein Schutzschaltgerät, Leitungsschutzschalter oder Leis- tungsschalter. Die Nennströme können sich weiter staffeln, von 0, 5 A über 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 5 A, 6 A, 7 A, 8 A, 9 A, 10 A, usw. bis 16 A.

Leitungsschutzschalter sind seit langem bekannte Überstrom- schutzeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden. Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss. Ein Leitungsschutz- schalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurzschluss selbsttätig abschalten. Ein Leitungsschutzschal- ter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungsele- ment.

Leistungsschalter sind, im Gegensatz zu Leitungsschutzschal- tern, für Ströme größer als 125 A vorgesehen, teilweise auch schon ab 63 Ampere. Leitungsschutzschalter sind deshalb ein- facher und filigraner aufgebaut. Leitungsschutzschalter wei- sen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befesti- gung auf einer so genannten Hutschiene (Tragschiene, DIN- Schiene, TH35) auf .

Leitungsschutzschalter sind elektromechanisch auf gebaut. In einem Gehäuse weisen sie einen mechanischen Schaltkontakt bzw. Arbeitsstromauslöser zur Unterbrechung (Auslösung) des elektrischen Stromes auf . Üblicherweise wird ein Bimetall- Schutzelement bzw. Bimetall-Element zur Auslösung (Unterbre- chung) bei länger anhaltenden Überstrom (Überstromschutz) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschutz) einge- setzt. Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurzzeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Überstrom- grenzwerts bzw. im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschluss- schutz) eingesetzt. Eine oder mehrere Lichtbogenlöschkam- mer (n) bzw. Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung sind vorge- sehen. Ferner Anschlusselemente für Leiter des zu schützenden elektrischen Stromkreises.

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

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

U = Amplitude der Spannung

Eine harmonische Wechselspannung lässt sich durch die Rota- tion eines Zeigers darstellen, dessen Länge der Amplitude (U) der Spannung entspricht. Die Momentanauslenkung ist dabei die Projection des Zeigers auf ein Koordinatensystem. Eine Schwingungsperiode entspricht einer vollen Umdrehung des Zei- gers und dessen Vollwinkel beträgt 2π (2Pi) bzw. 360° . Die Kreisfrequenz ist die Änderungsrate des Phasenwinkels dieses rotierenden Zeigers. Die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung beträgt immer das 2π-fache ihrer Frequenz, d.h. : ω = 2π*f = 2π/T = Kreisfrequenz der Wechselspannung (T = Periodendauer der Schwingung)

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

Im Falle zeitlich nicht konstanter Kreisfrequenzen wird auch der Begriff momentane Kreisfrequenz verwendet.

Bei einer sinusförmigen, insbesondere zeitlich konstanten, Wechselspannung entspricht der zeitabhängige Wert aus der Winkelgeschwindigkeit ω und der Zeit t dem zeitabhängigen Winkel φ (t) , der auch als Phasenwinkel φ (t) bezeichnet wird. D.h. der Phasenwinkel φ (t) durchläuft periodisch den Bereich 0...2π bzw. 0°...360° . D.h. der Phasenwinkel nimmt periodisch ei- nen Wert zwischen 0 und 2π bzw. 0° und 360° an (φ = n* ( 0...2π) bzw. φ = n* ( 0°...360° ) , wegen Periodizität; verkürzt : φ = 0...2π bzw. φ = 0°...360° ) .

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

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschalt- gerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere die Sicherheit eines derartigen Schutzschaltgerätes zu verbessern bzw. eine höhere Sicherheit im durch das Schutzschaltgerät zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis zu errei- chen.

Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merk- malen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 21 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Nie- derspannungswechselstromkreises, vorgeschlagen, aufweisend:

- ein Gehäuse mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und einem lastseitigen Anschluss, - eine (insbesondere zweipolige) mechanische Trennkontaktein- heit, die in Serie mit einer (insbesondere einpoligen) elekt- ronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, wobei die mechanische Trennkontakteinheit dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit dem netzseitigen Anschluss zugeordnet ist,

(insbesondere ein Pol der ( zweipoligen) mechanischen Trenn- kontakteinheit ist in Serie mit einem (dem) Pol der (einpoli- gen) elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet)

- dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspan- nungsstromkreis schaltbar ist,

- dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halblei- terbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,

- einer Stromsensoreinheit, zur Ermittlung der Höhe des Stro- mes des Niederspannungsstromkreises,

- einer Steuerungseinheit, die mit der Stromsensoreinheit, der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung ei- nes Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird.

Erfindungsgemäß ist das Schutzschaltgerät derart ausgestal- tet, dass für einen Leiter die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist. D.h. für einen Pol wird die Höhe der Spannung über der elektroni- schen Unterbrechungseinheit ermittelt.

Insbesondere ist erfindungsgemäß die Höhe der Spannung zwi- schen einem netzseitigen Verbindungspunkt und einem lastsei- tigen Verbindungspunkt der elektronischen Unterbrechungsein- heit ermittelbar . Insbesondere wird die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit in einem Pha- senleiter (bzw. allen Phasenleitern) des (speziell einphasi- gen bzw. dreiphasigen Niederspannungswechselstromkreises) ermittelt.

Mit der Ermittlung der Höhe der Spannung über der elektroni- schen Unterbrechungseinheit kann erfindungsgemäß die Funkti- onsfähigkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit ermit- telt werden. Erfindungsgemäß wird somit eine neue Architektur bzw. konstruktive Ausgestaltung eines Schutzschaltgerätes vorgeschlagen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen und im Ausführungsbeispiel angegeben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene erste Spannungs- sensoreinheit vorgesehen ist, die die Höhe einer ersten Span- nung über der elektronischen Unterbrechungseinheit (als Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit) , insbesondere zwischen einem netzseitigen Verbindungspunkt (der dem netzseitigen Anschluss zugeordnet ist) und einem lastseitigen Verbindungspunkt (der dem lastseitigen Anschluss zugeordnet ist) der elektronischen Unterbrechungseinheit er- mittelt.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Lösung mit nur einer Spannungssensoreinheit gegeben ist.

In einer vorteilhaften alternativen Ausgestaltung der Erfin- dung weist der netzseitige Anschluss einen netzseitigen Neutralleiteranschluss und einen netzseitigen Phasenleiteran- schluss auf . Eine mit der Steuerungseinheit verbundene zweite Spannungssensoreinheit ist vorgesehen, die die Höhe einer zweiten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss ermittelt.

Eine mit der Steuerungseinheit verbundene dritte Spannungs- sensoreinheit ist vorgesehen, die die Höhe einer dritten Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und ei- nem lastseitigen Verbindungspunkt der elektronischen Unter- brechungseinheit ermittelt.

Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass aus der Differenz zwischen zweiter und dritter Spannung die Höhe einer/der ersten Spannung (als Höhe der Spannung über der der elektronischen Unterbrechungseinheit) ermittelt (d.h. insbe- sondere zwischen einem netzseitigen Verbindungspunkt und dem lastseitigen Verbindungspunkt der elektronischen Unterbre- chungseinheit) .

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitere Lösung, basierend auf klassischen Spannungsmessungen gegeben ist. Zu- dem wird durch zwei Spannungssensoreinheiten eine weiterrei- chende Prüfung des Schutzschaltgerätes ermöglicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stromsensoreinheit stromkreisseitig zwischen netzseitigen Phasenleiteranschluss und lastseitigen Phasenleiteranschluss vorgesehen.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine kompakte Zweitei- lung des Gerätes gegeben ist, mit einer elektronischen Unter- brechungseinheit im Phasenleiter nebst Stromsensoreinheit ei- nerseits und einem durchgehenden Neutralleiter andererseits. Ferner wird mit einer Stromsensoreinheit im Phasenleiter eine weitergehende Überwachung bezüglich Ströme sowohl im Strom- kreis selbst als auch bei Erdfehlerströmen erreicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwi- schen den netzseitigen Anschlusspunkten der mechanischen Trennkontakteinheit eine Messimpedanz geschaltet.

Insbesondere ist die Messimpedanz ein elektrischer Widerstand oder/und Kondensator, d.h. ein einzelnes Element oder eine Serien- bzw. Parallelschaltung zweiter Elemente.

Speziell sollte die Messimpedanz einen hohen Widerstandswert bzw. Impedanzwert haben, um vorteilhaft die Verluste gering zu halten. Insbesondere sollten Widerstandswerte von größer 100 KOhm, 500 KOhm, besser 1 MOhm, 2 MOhm, 3 MOhm, 4 MOhm, 5 MOhm oder größer vorgesehen sein. In einem 230 Volt Nieder- spannungsstromkreis führt der Einsatz eines Messwiderstandes von z .B . 1 MOhm zu etwa 50 mW Verlusten.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine bessere Überprü- fung der Funktionsfähigkeit der elektronischen Unterbre- chungseinheit gegeben ist, insbesondere bei geöffneten Trennkontakten, speziell bei der erfindungsgemäßen Architek- tur des Schutzschalters.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist (neben der ersten Spannungssensoreinheit nur) eine zweite Spannungs- sensoreinheit vorgesehen, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasen- leiteranschluss ermittelt.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weiterreichende Prüfung des Schutzschaltgerätes ermöglicht ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Niederspannungsstromkreis ein Dreiphasenwechselstromkreis. Das Schutzschaltgerät weist weitere netzseitige und lastsei- tige Phasenleiteranschlüsse auf, um die Phasen des elektri- schen Stromkreises zu schützen. Zwischen jedem der netzseiti- gen und lastseitigen Phasenleiteranschlüsse ist jeweils eine Serienschaltung einer (ggfs. weiteren) elektronischen Unter- brechungseinheit und eines (weiteren) Kontaktes der mechani- schen Trennkontakteinheit vorgesehen. Weitere erfindungsge- mäße, insbesondere erste, Spannungssensoreinheiten sind vor- gesehen. Ferner kann eine Stromsensoreinheit vorgesehen sein. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schutz für Dreipha- senwechselstromkreis ermöglicht wird.

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

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine erhöhte Betriebs- sicherheit erreicht wird, da die Kontakte versehentlich durch die Steuerungseinheit nicht geschlossen werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit durch eine mechanische Hand- habe bedienbar, um ein öffnen von Kontakten oder ein Schlie- ßen der Kontakte zu schalten. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Funktionalität ei- nes klassischen Leitungsschutzschalters gegeben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit derart ausgestaltet, dass ein Schließen der Kontakte durch die mechanische Handhabe erst nach einer Freigabe (Enable) , insbesondere einem Freigabesig- nal, möglich ist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein erhöhter Schutz und eine erhöhte Betriebssicherheit gegeben ist da ein Einschal- ten eines defekten Schutzschalter des vermieden wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Energieversorgung, insbesondere für die Steuerungseinheit, vorgesehen, die mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss und dem netzseitigen Phasenleiteranschluss verbunden ist. Speziell ist in der Verbindung zum netzseitigen Neutrallei- teranschluss eine Sicherung, insbesondere Schmelzsicherung, vorgesehen. Vorteilhaft kann speziell die Messimpedanz über die Sicherung mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss verbunden sein.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine kompakte elektro- nische Baugruppe ermöglicht wird. Ferner gibt es nur eine Querverbindung zwischen Phasenleiter und Neutralleiter, so- dass ein Fehler im Gerät, der hier einen Kurzschluss verursa- chen würde, leicht zu schützen ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und

- bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet, insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unter- brechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkon- takteinheit geschlossen bleibt,

- bei einem ermittelten Strom, der einen (höheren) zweiten Stromwert, insbesondere für eine zweite Zeitgrenze, über- schreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit geöffnet wird,

- bei einem ermittelten Strom, der einen (noch höheren) drit- ten Stromwert überschreitet, die elektronische Unterbre- chungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkon- takteinheit geöffnet wird.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein abgestuftes Ab- schaltkonzept bei erhöhten Strömen für ein erfindungsgemäßes Schutzschaltgerät vorliegt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass bei geöffne- ten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungs- einheit ermittelt wird (insbesondere mit der ersten Span- nungssensoreinheit) . Bei Unterschreitung eines ersten Span- nungsschwellwertes liegt eine erste Fehlerbedingung vor, so dass ein niederohmig werden der elektronischen Unterbre- chungseinheit vermieden oder/und Schließen der Kontakte ver- mieden wird.

Der erste Spannungsschwellwert könnte ein Effektivwert / Mit- telwert / rms-Wert der Wechselspannung sein. Der erste Span- nungsschwellwert könnte ein Momentanwert der Spannung sein. Der Vergleich kann über Effektivwerte oder über zeitliche Mo- mentanwerte erfolgen.

Dies dient der Überprüfung der elektronischen Unterbrechungs- einheit hinsichtlich ihrer „Ausschaltbarkeit bzw. des ausge- schalteten Zustandes", d.h. dem Hochohmig werden bzw. dem hochohmig sein der halbleiterbasierten Schaltelemente.

Der erste Spannungsschwellwert beträgt zum Beispiel vorteil- hafter Weise 5-15 % der Nennspannung oder angelegten Spannung des Niederspannungsstromkreises, beispielsweise 10 % . Dies gilt sowohl für Effektivwerte als auch für Momentanwerte der Wechselspannung, j e nach gewählter Vergleichsart. Beispiels- weise kann auch zu bestimmten Zeitpunkten des Momentanwertes der Wechselspannung gemessen werden. Z .B . zum Zeitpunkt, wo der Momentanwert der Wechselspannung +300 V oder -300 V be- trägt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Überprü- fung hinsichtlich des Ausschalterverhaltens der elektroni- schen Unterbrechungseinheit gegeben ist

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die elekt- ronische Unterbrechungseinheit für eine erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird. Hierbei wird die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungsein- heit ermittelt. Bei Überschreiten eines zweiten Spannungs- schwellwertes liegt eine zweite Fehlerbedingung vor, so dass ein weiteres niederohmig werden der elektronischen Unterbre- chungseinheit vermieden oder/und Schließen der Kontakte ver- mieden wird.

Die erste Zeitspanne kann im Bereich von einigen μs, bei- spielsweise 100 μs, bis in den Sekundenbereich lang sein. Sie ist prinzipiell nur durch das manuelle Einschalten der mecha- nischen Trennkontakteinheit begrenzt. Sie kann zum Beispiel im Bereich 100 μs bis 2 ms, beispielsweise 100 μs, 200 μs, ... 1 ms, 2 ms. Bei Schaltzeiten im Bereich 1ms bis 2 ms kann eine Spannungsänderung detektiert werden. Die Zeitspanne kann auch größer sein, beispielsweise bis zu 1 Sekunde . Dann kann überprüft werden, ob etwa 0 V Spannung (Momentan- bzw. dann auch Effektivwert der Spannung) über der elektronischen Un- terbrechung ( für eine „längere Zeitspanne" ) anliegen. Da die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit geöffnet sind, ist die Zeitspanne nur durch die Zeit begrenzt, bis die Kon- takte geschlossen werden. D.h. auch längere bzw. lange Test- zeiten bis weit über eine Sekunde hinaus sind möglich.

Der erste Spannungsschwellwert sollte bevorzug kleiner als 1 V sein. Der erste Spannungsschwellwert kann zwischen 0 Volt (bzw. größer 0 Volt) und kleiner ( z .B . 10 % Kleiner) als der Momentanwert der momentan angelegten Wechselspannung sein (speziell bei einer Überwachung bzw. einem Vergleich von Mo- mentanwerten) .

Dies hat den besonderen Vorteil, dass die elektronische Unterbrechungseinheit hinsichtlich ihrer „Einschaltbarkeit" bzw. eingeschalteten Zustand überprüft werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei Vorliegen einer Fehlerbedingung ein Schließen der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit vermieden. Insbesondere wird kein Freigabesignal (enable) an die mechanische Trenn- kontakteinheit (MK) abgegeben.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass nur ein funktionsfähi- ges Schutzschaltgerät mit einer funktionsfähigen elektroni- schen Unterbrechungseinheit einschaltbar ist. Somit wird die Betriebssicherheit im Niederspannungsstromkreis erhöht. Somit ist sichergestellt, dass die Einschaltbarkeit und die Aus- schaltbarkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit funk- tioniert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die elekt- ronische Unterbrechungseinheit für eine zweite Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird. Hierbei (beim niederohmigen Zustand) wird die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt. Bei Über- schreitung eines dritten Spannungsschwellwertes liegt eine dritte Fehlerbedingung vor, die ein niederohmig schalten der elektronischen Unterbrechungseinheit vermeidet oder/und öff- nen der Kontakte initiiert.

Der dritte Spannungsschwellwert sollte bevorzug kleiner als 1 V sein. Der dritte Spannungsschwellwert kann zwischen 0 Volt (bzw. größer 0 Volt) und kleiner ( z .B . 10 % Kleiner) als der

Momentanwert der momentan angelegten Wechselspannung sein (speziell bei einer Überwachung bzw. einem Vergleich von Mo- mentanwerten) .

Die zweite Zeitspanne kann kurz sein. Beispielsweise kann die zweite Zeitspanne kleiner als 2 ms oder 1 ms sein, speziell zum Beispiel 500 μs oder 100 μs lang sein. Dies hat den besonderen Vorteil, dass auch in diesem Be- triebszustand eine Überprüfung der Einschaltbarkeit bzw. des eingeschalteten Zustandes elektronischen Unterbrechungsein- heit ermöglicht wird. Eine kurze Messung hat den Vorteil, dass die Last nur kurz mit Energie versorgt wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektronische Unterbrechungseinheit dann in einen niederohmi- gen Zustand geschaltet, wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen vierten Spannungsschwellwert un- terschreitet.

Der vierte Spannungsschwellwert kann ein Wert der (Schutz- ) Kleinspannung sein. Beispielsweise kann der vierte Span- nungsschwellwert 50 V betragen.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Überprüfung der elektronischen Unterbrechungseinheit hinsichtlich ihres Ein- schaltbarkeit mit einer Spannung bzw. zu Zeitpunkten der Spannungshöhe erfolgt, die ungefährlich ist. Somit wird eine hohe Betriebssicherheit bei gleichzeitiger Überprüfung des Schutzschaltgerätes erreicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederoh- mig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungsein- heit ermittelt wird. Bei Überschreitung des fünften Span- nungsschwellwertes liegt eine vierte Fehlerbedingung vor, die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und öffnen der Kontakte initiiert.

Der fünfte Spannungsschwellwert sollte kleiner als 1 V sein. Idealerweise ist der fünfte Spannungsschwellwert abhängig von der Höhe des gemessen Momentanwertes (auch Ef fektivewertes, RMS-Wertes) des Stromes.

Alternativ zum Spannungsschwellwert bzw. hierzu kann aus dem gemessenen Spannungswert und dem gemessenen Stromwert ( z .B . Momentanwerte zu einem bestimmten Zeitpunkt; alternativ Effektivwerte bzw. RMS-Werte) ein Widerstandswert der elekt- ronischer Unterbrechungseinheit ermittelt werden. Der ermit- telte Widerstandswert wird mit einem ersten Widerstands- schwellwert verglichen. Bei Überschreitung des ersten Wider- standsschwellwertes liegt die vierte Fehlerbedingung vor, die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und öffnen der Kontakte initiiert.

Der erste Widerstandsschwellwert hängt von der elektronischen Unterbrechungseinheit, insbesondere vom halbleiterbasierten Schaltelement, ab. Beispielsweise ist der erste Widerstands- schwellwert doppelt so groß wie der Widerstand der elektroni- schen Unterbrechungseinheit im intakten, insbesondere kalten, Zustand. Beispielsweise kann er kleiner als 100 mOhm, insbe- sondere kleiner als 50 mOhm sein.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Überprüfung der elektronischen Unterbrechungseinheit im laufenden Betrieb er- folgt und bei fehlerhafter elektronischer Unterbrechungsein- heit eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungs- stromkreis initiiert wird, sodass ein sicherer Zustand vor- liegt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederoh- mig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine dritte Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand geschaltet wird. Im hochohmigen Zustand wird die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt. Bei Unter- schreitung eines sechsten Spannungsschwellwertes liegt eine fünfte Fehlerbedingung vor, die ein hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und öff- nen der Kontakte initiiert.

Die die dritte Zeitspanne sollte bevorzugt sehr kurz sein. Beispielsweise kann die dritte Zeitspanne kleiner als 20 ms, 10 ms, 5 ms, 2 ms oder 1 ms, spezieller kleiner als 500 μs oder 100 μs lang sein ( jeder Zwischenwert ist möglich und of- fenbart) . Dadurch werden vorteilhaft die Lasten bzw. Verbraucher nicht so lange vom Netz getrennt.

Der sechste Spannungsschwellwert kann wie der erste Span- nungsschwellwert bemessen sein. Der sechste Spannungs schwell- wert kann abhängig von der Impedanz bzw. dem Widerstand der Last bzw. dem Laststrom bemessen sein, insbesondere der vor- her geflossen ist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Überprü- fung während des laufenden Betriebes hinsichtlich des Aus- schaltverhaltens bzw. der Ausschaltbarkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit gegeben ist Weiterhin kann vorteilhaft im Falle eines Energieabsorbers respektive Überspannungsschutzes innerhalb der elektronischen Unterbrechungseinheit auch dessen Funktionsfähigkeit geprüft werden. Wenn vorher Strom im Niederspannungsstromkreis ge- flossen ist, kann nach dem hochohmig werden der Freilaufstrom durch bzw. die entstehende Spannung über dem Energieabsorber geprüft werden. Wenn unter einem vorhandenen Stromfluss die elektronische Unterbrechungseinheit geöffnet wird, steigt die Spannung (auf Grund der Induktivität im Leitungskreis) bis auf die Spannung des Überspannungsschutzes an. Somit kann die Funktionsfähigkeit des Energie Absorbers geprüft werden. Vorteilhafterweise kann das hochohmig werden der elektroni- schen Unterbrechungseinheit im Nulldurchgang des Stromes er- folgen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass es zu keinem Abriss des Stromes kommt. Ferner, da die Last in diesem Mo- ment mit keinem Strom versorgt wird, die Messung weniger Aus- wirkungen auf die Last hat. Ferner ein Kommutierungsvorgang (Abnahme des Stromes im induktiven Stromkreis) nicht erfolgt und die elektronische Unterbrechungseinheit (inkl. Energy Ab- sorber) sofort sperren kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektronische Unterbrechungseinheit dann in einen hochohmigen Zustand geschaltet, wenn der Momentanwert der Spannung zwi- schen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen siebenten Spannungsschwellwert überschreitet, insbesondere wenn der Momentanwert der Spannung im Maximum ist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass die kurzzeitige Unter- brechung der Energiezufuhr in einem Maximum der zur Verfügung stehenden Energie erfolgt. Ferner, dass die elektronische Un- terbrechungseinheit unter maximaler Spannung geprüft wird, so dass eine Fehlfunktion frühzeitig erkannt werden kann.

Der siebente Spannungsschwellwerte kann beispielsweise größer als 160 V, 200 V, 240 V oder 300 V sein ( jeder Zwischenwert ist ebenfalls möglich) . Der Momentanwert der Spannung im Ma- ximum ist 325 Volt (bei einem 230 Volt Netz) .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinheit einen Mikrocontroller auf .

Dies hat den besonderen Vorteil, dass die erfindungsgemäßen Funktionen zur Erhöhung der Sicherheit eines Schutzschaltge- rätes bzw. des zu schützenden elektrischen Niederspannungs- stromkreis durch ein (anpassbares) Computerprogrammprodukt realisiert werden können. Ferner können Änderungen und Ver- besserungen der Funktion dadurch individuell auf ein Schutz- schaltgerät geladen werden.

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 zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit :

- einem Gehäuse mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und einem lastseitigen Anschluss,

- einer (insbesondere zweipoligen) mechanischen Trennkontakt- einheit, die in Serie mit einer (insbesondere einpoligen) elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, wobei die mechanische Trennkontakteinheit dem lastseitigen An- schluss und die elektronische Unterbrechungseinheit dem netz- seitigen Anschluss zugeordnet ist,

(insbesondere ein Pol der ( zweipoligen) mechanischen Trenn- kontakteinheit ist in Serie mit einem Pol der (einpoligen) elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet) ,

- dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspan- nungsstromkreis geschalt werden kann,

- dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halblei- terbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann,

- dass die Höhe des Stromes im Niederspannungsstromkreis, insbesondere zwischen netzseitigen Phasenleiteranschluss und lastseitigen Phasenleiteranschluss, ermittelt wird,

- dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeit- grenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Nieder- spannungsstromkreises initiiert wird,

- dass für einen Leiter die Höhe der Spannung über der elekt- ronischen Unterbrechungseinheit (EU) ermittelt wird.

D.h. die Höhe der Spannung eines Pols über der elektronischen Unterbrechungseinheit.

Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Computerprogramm- produkt beansprucht. Das Computerprogrammprodukt umfass Be- fehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Mik- rocontroller diesen veranlassen die Sicherheit eines derarti- gen Schutzschaltgerätes zu verbessern bzw. eine höhere Si- cherheit im durch das Schutzschaltgerät zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis zu erreichen. Der Mikrocontroller ist Teil des Schutzschaltgerätes, insbe- sondere der Steuerungseinheit.

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

Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Datenträgersig- nal, das das Computerprogrammprodukt überträgt, beansprucht. Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw. 21, als auch rückbezogen ledig- lich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Pa- tentansprüchen, insbesondere auch ein Rückbezug der anhängi- gen Anordnungsansprüche auf den unabhängigen Verfahrensan- spruch, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes, insbesondere eine Verbesserung der Sicherheit eines Schutz- schaltgerätes bzw. des elektrischen Stromkreises, und stellen ein neues Konzept für ein Schutzschaltgerät bereit.

Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.

Dabei zeigt die Zeichnung:

Figur 1 eine erste Darstellung eines Schutzschaltgerätes,

Figur 2 eine zweite Darstellung eines Schutzschaltgerätes,

Figur 3 eine dritte Darstellung eines Schutzschaltgerätes mit ersten Spannungsverläufen,

Figur 4 eine vierte Darstellung eines Schutzschaltgerätes mit zweiten Spannungsverläufen,

Figur 5 eine fünfte Darstellung eines Schutzschaltgerätes,

Figur 6 eine dritte Darstellung von Spannungsverläufen,

Figur 7 eine vierte Darstellung von Spannungsverläufen,

Figur 8 eine sechste Darstellung eines Schutzschaltgerätes,

Figur 9 eine fünfte Darstellung von Spannungsverläufen, Figur 10 eine sechste Darstellung von Spannungsverläufen,

Figur 11 eine siebente Darstellung eines Schutzschaltgerätes.

Figur 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum. Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Niederspannungswechselstromkreis, mit einem Ge- häuse GEH, aufweisend:

- mindestens einem netzseitigen Anschluss, im Beispiel einen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG sowie einem netzseiti- gen Phasenleiteranschluss LG, mindestens einem lastseitigen Anschluss, im Beispiel einem lastseitigen Neutralleiteranschluss NL sowie einem lastseiti- gen Phasenleiteranschluss LL des Niederspannungsstromkreises; an der Netzseite GRID ist üblicherweise eine Energiequelle angeschlossen, an der Lastseite LOAD ist üblicherweise ein Verbraucher ange- schlossen;

- eine mechanische Trennkontakteinheit MK mit lastseitigen Anschlusspunkten APLL, APNL und netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG, wobei für den Neutralleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt

APNL, für den Phasenleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt

APLL, für den Neutralleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt

APNG, für den Phasenleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt

APLG vorgesehen ist. Die lastseitigen Anschlusspunkte APNL, APLL sind mit den lastseitigen Neutral- und Phasenleiteran- schlüssen NL, LL verbunden, so dass ein öffnen von Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstrom- kreis schaltbar ist, d.h. die mechanische Trennkontakteinheit ist dem lastseitigen Anschluss zugeordnet,

- eine, insbesondere einpolige , elektronische Unterbrechungs- einheit EU, (die bei einpoliger Ausführung insbesondere im Phasenleiter angeordnet ist, ) mit einem netzseitigen Verbindungspunkt EUG, der mit dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG in elektrischer Verbindung steht, und einem lastseitigen Verbindungspunkt EUL, der mit dem netzsei- tigen Anschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontaktein- heit MK in elektrischer Verbindung steht bzw. verbunden ist, d.h. die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist dem netz- seitigen Anschluss zugeordnet, wobei die elektronische Unterbrechungseinheit durch halblei- terbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Nieder spannungsstromkreis aufweist,

- eine Stromsensoreinheit SI, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, die insbesondere im Phasenleiter angeordnet ist,

- einer Steuerungseinheit SE, die mit der Stromsensoreinheit SI, der mechanischen Trennkontakteinheit MK und der elektro- nischen Unterbrechungseinheit EU verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird.

Erfindungsgemäß ist das Schutzschaltgerät derart ausgestal- tet, dass für einen Leiter (einen Pol) die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist bzw. ermittelt wird.

Erfindungsgemäß kann eine mit der Steuerungseinheit SE ver- bundene erste Spannungssensoreinheit SUI vorgesehen sein, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt.

Bei der Spannungsmessung durch die erste Spannungssensorein- heit SUI kann alternativ auch die Spannung über der Serien- schaltung von elektronischer Unterbrechungseinheit EU und Stromsensor SI ermittelt werden, wie in Figur 1 dargestellt. Die Stromsensoreinheit SI weist einen sehr geringen Innenwi- derstand auf, so dass die Ermittlung der Höhe der Spannung nicht oder vernachlässigbar beeinträchtigt wird. Erfindungsgemäß kann ferner, je nach Ausgestaltung, zwischen den netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG der mechanischen Trennkontakteinheit MK eine Messimpedanz ZM geschaltet. Die Messimpedanz ZM kann beispielsweise ein elektrischer Wider- stand oder/und Kondensator sein. Die Messimpedanz kann ferner eine Induktivität sein. Insbesondere kann die Messimpedanz eine Serienschaltung oder Parallelschaltung eines Widerstan- des oder/und Kondensator oder/und Induktivität sein.

Vorteilhafterweise kann eine zweite Spannungssensoreinheit SU2 vorgesehen ist, die die Höhe der Spannung zwischen netz- seitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasen- leiteranschluss LG ermittelt.

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

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

Im Beispiel gemäß Figur 1 ist die elektronische Unterbre- chungseinheit EU einpolig ausgeführt, im Beispiel im Phasen- leiter. Hierbei ist der netzseitige Anschlusspunkt APNG für den Neutralleiter der mechanischen Trennkontakteinheit MK mit den netzseitigen Neutralleiteranschluss NG des Gehäuses GEH verbunden.

Das Schutzschaltgerät SG ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch die Steuerungseinheit SE geöffnet, aber nicht geschlos- sen werden können, was durch einen Pfeil von der Steuerungs- einheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeu- tet ist.

Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist durch eine mecha- nische Handhabe HH am Schutzschaltgerät SG bedienbar, um ein manuelles (händisches) öffnen oder ein Schließen der Kontakte KKL, KKN zu schalten. Die mechanische Handhabe HH zeigt den Schaltzustand (Offen oder Geschlossen) der Kontakte der me- chanischen Trennkontakte Einheit MK an. Des Weiteren kann die Kontaktstellung (bzw. die Position der Handhabe) , d.h. der Schaltzustand, an die Steuerungseinheit SE übermittelbar sein. Dazu kann z .B . ein Positionssensor vorgesehen sein, der die Position erfasst und ein entsprechendes Positionssignal abgibt.

Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass ein (manuelles) Schließen der Kontakte durch die mechanische Handhabe erst nach einer Freigabe (Enable) , insbesondere einem Freigabesignal, möglich ist. Dies ist ebenfalls durch den Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet. D. h. , die Kontakte KKL, KKN der mechanischen Trennkontaktein- heit MK können durch die Handhabe HH erst bei Vorliegen der Freigabe bzw. des Freigabesignals (von der Steuerungseinheit SE) geschlossen werden. Ohne die Freigabe bzw. das Freigabe- signal kann die Handhabe HH zwar betätigt, die Kontakte aber nicht geschlossen werden ( „Dauerrutscher" ) .

Das Schutzschaltgerät SG weist eine Energieversorgung NT, beispielsweise ein Netzteil, auf . Insbesondere ist die Energieversorgung NT für die Steuerungseinheit SE vorgesehen, was durch eine Verbindung zwischen Energieversorgung NT und Steuerungseinheit SE in Figur 1 angedeutet ist. Die Energie- versorgung NT ist (andererseits) mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und dem netzseitigen Phasenleiter- anschluss LG verbunden. In die Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG (oder/und Phasenleiteranschluss LG) kann vorteilhaft eine Sicherung SS, insbesondere Schmelzsi- cherung, vorgesehen sein.

Alternativ kann die Messimpedanz ZM über die Sicherung SS mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG verbunden sein. Damit kann vorteilhaft eine dreipolige Elektronikeinheit EE (Fig 11 ) realisiert werden, beispielsweise als Modul, die drei Anschlusspunkte aufweist, einen Neutralleiteranschluss- punkt und zwei Phasenleiteranschlusspunkte. Die Elektroni- keinheit EE weist beispielsweise die elektronische Unterbre- chungseinheit EU, die Steuerungseinheit SE, die Energiever- sorgung NT (insbesondere inklusive Sicherung SS) , die Stromsensoreinheit SI, die erste Spannungssensoreinheit SUI und optional die zweite Spannungssensoreinheit SU2 auf .

Der Niederspannungsstromkreis kann ein Dreiphasenwechsel- stromkreis sein, mit einem Neutralleiter und drei Phasenlei- tern. Das Schutzschaltgerät kann hierfür als dreiphasige Va- riante ausgestaltet sein und beispielsweise weitere netzsei- tige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse aufweisen. Zwi- schen den weiteren netzseitigen und lastseitigen Phasenlei- teranschlüssen ist in analoger Weise jeweils eine Serien- schaltungen einer elektronischen Unterbrechungseinheit nebst Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehen. Fe- ner ist eine Spannungsermittlung, insbesondere erste Span- nungssensoreinheiten, vorgesehen.

Die Meßimpedanz ZM sollte einen sehr hohen Wert (Widerstands- oder Impedanzwert) haben, um die Verluste gering zu halten. Die Höhe des Wertes der Meßimpedanz sollte so bemessen sein, dass der Strom durch die Meßimpedanz bei angelegter Netzspannung kleiner als 1 mA ist, so dass die Verluste in der Meßimpedanz ZM (vernachlässigbar) klein sind. Bevorzugt ist der (Meß-) Strom kleiner als 0, 1 mA.

Beispielsweise bei einem Widerstand einem Wert von z .B . 1 MOhm. Ein Wert von 1 MOhm führt zu Verlusten von etwa 50 mW in einem 230 V Niederspannungsstromkreis.

Die Meßimpedanz sollte vorteilhaft größer als 100 KOhm, 500 KOhm, 1 MOhm, 2 MOhm, 3 MOhm, 4 MOhm, 5 MOhm oder mehr sein.

Mit hochohmig ist ein Zustand gemeint, bei dem nur noch ein Strom vernachlässigbarer Größe fließt. Insbesondere sind mit hochohmig Widerstandswerte von größer als 1 Kiloohm, besser größer als 10 Kiloohm, 100 Kiloohm, 1 Megaohm, 10 Megaohm, 100 Megaohm, 1 Gigaohm oder größer gemeint.

Mit niederohmig ist ein Zustand gemeint, bei dem der auf dem Schutzschaltgerät angegebene Stromwert fließen könnte. Insbesondere sind mit niederohmig Widerstandswerte gemeint, die kleiner als 10 Ohm, besser kleiner als 1 Ohm, 100 Milli- ohm, 10 Milliohm, 1 Milliohm oder kleiner sind.

Figur 2 zeigt eine Abbildung gemäß Figur 1, mit dem Unter- schied, dass an der Netzseite GRID eine Energiequelle EQ mit einer Nennspannung U _N des Niederspannungsstromkreises ange- schlossen ist. Ferner an der Lastseite LOAD ein Verbraucher bzw. Energiesenke ES angeschlossen ist.

Weiterhin ist bei der Verbindung von Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK ein Freigabesignal enable eingezeichnet.

Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist in einem geöffne- ten Zustand OFF dargestellt, d. h. mit geöffneten Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses.

Das Schutzschaltgerät SG arbeitet beispielsweise prinzipiell derart, dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und

- bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet, insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unter- brechungseinheit EU hochohmig wird und die mechanische Trenn- kontakteinheit MK geschlossen bleibt,

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

- bei einem ermittelten Strom, der einen noch höheren dritten Stromwert überschreitet, die elektronische Unterbrechungsein- heit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geöffnet wird.

Figur 3 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 2, mit verschiede- nen Unterschieden. Die Spannungen am und im Schutzschaltgerät sind näher dargestellt :

- die Nennspannung U _N der Energiequelle EQ des Niederspan- nungsstromkreises,

- die zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasenleiteranschluss LG anliegende Netzspannung U _LN ,

- die im Schutzschaltgerät durch die zweite Spannungs- sensoreinheit SU2 gemessene zweite Spannung U2 bzw. U _{N, GND} ,

- die mit der ersten Spannungssensor Einheit SU1 über der elektronischen Unterbrechungseinheit EU gemessene erste Span- nung U1 bzw. U _SW

In dieser Variante gemäß Figur 3 wird die erste Spannung U1 (bzw. U _SW ) direkt über der elektronischen Unterbrechungsein- heit gemessen (d.h. ohne Stromsensoreinheit SI ) . Die zweite Spannung U2 (bzw. U _{N, GND} ) entspricht der Netzspannung U _LN abzü- glich des (minimalen) Spannungsabfalls über der Stromsensoreinheit SI sowie den ohmschen Verlusten, Weiter ist ein Detail der elektronischen Unterbrechungsein- heit EU dargestellt, wobei die (einpolige) elektronische Un- terbrechungseinheit EU halbleiterbasierte Schaltelemente T1, T2 aufweist. Im Beispiel gemäß Figur 3 sind zwei in Serie ge- schaltete halbleiterbasierte Schaltelemente T1, T2 vorgesehen. Vorteilhaft ist über der Serienschaltung der bei- den halbleiterbasierten Schalt element en T1, T2 eine Überspan- nungsschutzeinrichtung TVS vorgesehen.

In der Ausgestaltung gemäß Figur 3 sind zwei unidirektionale elektronische Schaltelemente in Serie geschaltet (antiseri- ell) . Das erste unidirektionale Schaltelement ist hierbei in einer ersten Stromrichtung schaltbar angeordnet und das zweite unidirektionale Schaltelement in der entgegengesetzten Stromrichtung schaltbar angeordnet, wobei die unidirektiona- len Schaltelemente entgegen ihrer Stromschaltrichtung (direkt oder indirekt, z .B . durch interne oder extern parallel ge- schaltete Dioden) leitend sind. Insbesondere ist das Schutz- schaltgerät derart ausgestaltet, dass das erste und das zweite Schaltelement unabhängig voneinander schaltbar sind.

Im Folgenden wird folgende Situation betrachtet :

- Es liegt Nennspannung bzw. Netzspannung ( z .B . 230 V AC) am netzseitigen Anschluss LG, NG bzw. Netzseite GRID bzw. Netz- anschluss des Schutzschaltgerätes an,

- Es ist ein Verbraucher bzw. Energiesenke ES bzw. Last an der Lastseite LOAD des Schutzschaltgerätes angeschlossen,

Im ersten Schritt soll die Überprüfung im AUS-Zustand des elektronischen Schutzgerätes betrachtet werden.

Dazu ist :

- Der mechanische Trennkontakteinheit ist geöffnet (Kontakte offen)

- Die elektronische Unterbrechungseinheit ist ausgeschaltet (halbleiterbasierte Schaltelemente hochohmig)

- Die Steuerungseinheit (inkl. Controller-Einheit) ist aktiv

Das elektrische Potential zwischen der elektronischen Unter- brechungseinheit und der mechanischen Trennkontakteinheit ist durch die Meßimpedanz ZM und der Impedanz der elektronischen Unterbrechungseinheit im ausgeschalteten Zustand definiert (Spannungsteiler) .

Die Steuerungseinheit kann nun zu einem beliebigen Zeitpunkt (und somit zu einer bestimmten Spannungsaufteilung ( je nach Momentanwert der Spannung, Halbwelle der Spannung) die halb- leiterbasierten Schaltelemente (welcher der beiden Halbleiter ist aktiv? ) einschalten. Unter Berücksichtigung der Polarität der Wechselspannung respektive AC-Spannung können hiermit die Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit EU getestet werden.

Die elektronische Unterbrechungseinheit EU (respektive der elektronische Schalter) wird somit für z .B . eine sehr kurze Zeit (im Millisekunden-Bereich) eingeschaltet. Ist die elekt- ronische Unterbrechungseinheit funktionsfähig, kann dies durch die (gleichzeitige) Spannungsmessung ( z .B . erste Span- nungssensoreinheit, zweite Spannungssensoreinheit) und (an- schließende) Auswertung festgestellt werden. Z .B . kann bei einem defekten halbleiterbasierten Schaltelement festgestellt werden, ob er stets eingeschaltet bleibt (Fehlerbild: „durch- legiert" ) oder stets ausgeschaltet bleibt (Fehlerbild: „durchgebrannt" ) .

Somit sind zwei typische und häufige Fehlerbilder abgedeckt. Ist die Überprüfung fehlerfrei, kann eine Freigabe zum Ein- schalten des Schutzschaltgerätes, speziell der elektronischen Unterbrechungseinheit bzw. der mechanischen Trennkontaktein- heit, erfolgen.

Ist die Überprüfung nicht fehlerfrei, wird keine Freigabe zum Einschalten des Schutzschaltgerätes erfolgen, sodass der Ab- gang nicht eingeschaltet werden kann und somit ein gefährli- cher Zustand verhindert wird.

Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass bei ge- öffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungsein- heit EU die Höhe der Spannung über der elektronischen Unter- brechungseinheit, d.h. die erste Spannung U1, ermittelt wird. Bei Unterschreitung eines ersten Spannungsschwellwertes liegt eine erste Fehlerbedingung vor, so dass ein niederohmig wer- den der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und Schließen der Kontakte vermieden wird. Bezüglich der mechanischen Trennkontakteinheit MK wird beispielsweise ein Freigabesignal enable von der Steuerungseinheit SE zur mecha- nischen Trennkontakteinheit MK nicht abgegeben.

Auf der rechten Seite der Figur 3 sind drei dazu korrespon- dierende Spannungsverläufe über der Zeit dargestellt. Auf der vertikalen y-Achse ist die Höhe der Spannung in Volt und auf der horizontalen x-Achse die Zeit in Millisekunden (ms) auf- getragen. Es ist jeweils es ist jeweils der Verlauf der Höhe der ersten Spannung U1 und der Höhe der zweiten Spannung U2 über der Zeit dargestellt.

In der ersten oberen Grafik NORM sind die Spannungsverläufe für einen fehlerfreien Zustand der elektronischen Unterbre- chungseinheit EU dargestellt. Die Differenz der Amplitude zwischen erster Spannung U1 und zweiter Spannung U2 ist in diesem Fall durch den Spannungsabfall über der Messeimpedanz ZM bedingt. Der erste Spannungsschwellwert sollte sich an der Größe der Meßimpedanz orientieren. Der erste Spannungs- schwellwert sollte beispielsweise etwas kleiner sein, als die Nennspannung abzüglich des Spannungsabfalls über der Messim- pedanz . Ist die erste Spannung U1 größer als der erste Span- nungsschwellwert, liegt eine fehlerfreie elektronische Unter- brechungseinheit EU vor . Die Auswertung kann basierend auf den Momentanwerten der Spannung als auch auf den Effektivwer- ten der Spannung erfolgen. Ist die erste Spannung U1 größer als der erste Spannungsschwellwert liegt folglich eine erste Freigabebedingung vor, in deren Folge die elektronische Un- terbrechungseinheit niederohmig werden darf oder/und ein Schließen der Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit ermöglicht wird. Dies ist in Figur 3 durch einen Pfeil, mit der Bezeichnung enable, von der Steuerungseinheit SE zur me- chanischen Trennkontakteinheit MK dargestellt, für die Frei- gabe des Schließens der Kontakte der mechanischen Trennkon- takte Einheit MK durch die Handhabe HH. Die Verbindung bzw. der Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur elektronischen Un- terbrechungseinheit EU weist eine Darstellung eines Verlaufs des Schaltzustandes der elektronischen Unterbrechungseinheit über der Zeit auf, bei der ein ausgeschalteter/hochohmiger Zustand mit off und ein eingeschalteter/niederohmiger Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit EU mit on gekenn- zeichnet ist. Im Beispiel befindet sich die elektronische Un- terbrechungseinheit EU im ausgeschalteten Zustand off, was durch einen geraden Strich neben , off ' dargestellt ist.

In der zweiten mittleren Grafik , T1 is „shorten" ' ist der Spannungsverlauf für eine defekte elektronische Unterbre- chungseinheit EU dargestellt, bei der im Beispiel ein halb- leiterbasiertes Schaltelement, im Beispiel das Schaltelement T1, ständig leitfähig ist (durchlegiert/kurzgeschlossen) . Dadurch fließt in einer Halbwelle der elektrischen Spannung ein Strom durch die elektronische Unterbrechungseinheit, ob- wohl diese eigentlich hochohmig ist (sein sollte) . Die Leit- fähigkeit in der durch das betroffene halbleiterbasierte Schaltelement betroffenen Stromrichtung verhindert den Aufbau einer Spannung über dem betroffenen halbleiterbasierten Schaltelement. D.h. , die Höhe der ersten Spannung U1 kann den ersten Spannungsschwellwert nicht überschreiten, was mittels der ersten Spannungssensoreinheit SU1 in Verbindung mit der Steuerungseinheit SE ermittelt werden kann. Dies ist in Figur 3 durch die Abkürzung DT angedeutet.

In der dritten unteren Grafik , T2 is „shorten" ' ist der Span- nungsverlauf für eine defekte elektronische Unterbrechungs- einheit EU dargestellt, bei der das andere halbleiterbasierte Schaltelement, im Beispiel der Schaltelement T2, ständig leitfähig ist (durchlegiert/kurzgeschlossen) . Es gilt analog das zur mittleren Grafik gesagte.

In der zweiten und dritten Grafik ist ein Fehlerzustand der elektronischen Unterbrechungseinheit EU dargestellt, der bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit erfindungsgemäß vor dem Schließen der Kontakte der mechanischen Trennkontaktein- heit gefunden werden kann und ein manuelles Schließen der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit verhindert. Dies wird noch einmal mit anderen Worten erläutert. Figur 3 zeigt eine Übersicht zum Schaltbild und Spannungsverläufe für den Fall, dass ein Schaltelement in der elektronischen Unter- brechungseinheit defekt ist, in diesem Fall durchle- giert/kurzgeschlossen ist. Da typischerweise unidirektional sperrende Leistungs-Halbleiter eingesetzt werden, kann je nach angelegter Spannungspolarität das halbleiterbasierte Schaltelement T1 oder T2 auf Funktionalität geprüft werden. Liegt an den Anschlüssen eines funktionsfähigen Schutzschalt- gerätes eine Wechselspannung an, entsteht über der elektroni- schen Unterbrechungseinheit eine Spannung U1 bzw. Usw, die über eine entsprechende erste Spannungssensoreinheit SU1 er- mittelt werden kann. Dies ist in der oberen Grafik NORM dar- gestellt. Ist eines der beiden Schaltelemente durchlegiert, kann die Spannung von der elektronischen Unterbrechungsein- heit nicht mehr auf genommen werden. Die gemessene Spannung wird hier für einen gewissen Zeitraum (ca. 5ms) Null. Dies ist in den beiden Verläufen , T1 is „shorten" ' und , T2 is „shorten" ' dargestellt. Dies ermöglicht das Messen bzw. das Feststellen eines defekten Schaltelementes. Sind beide Schaltelemente durchlegiert, ist die erste Spannung U1 bzw. Usw stets null (nicht dargestellt) .

Figur 4 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 3 mit dem Unter- schied, dass die elektronische Unterbrechungseinheit EU kurz- zeitig ein und ausgeschaltet wird. Dies ist durch ein Recht- ecksignal bezüglich der Zustände off on an der Verbindung zwischen Steuerungseinheit SE elektronischer Unterbrechungs- einheit EU angedeutet.

Auf der rechten Seite der Figur 4 sind wieder drei Grafiken gemäß Figur 3 dargestellt. Gezeigt sind Spannungsverläufe für den Fall, dass ein Schaltelement in der elektronischen Unter- brechungseinheit defekt ist, in diesem Fall durchgebrannt/of- fen ist. Da typischerweise unidirektional sperrende Leis- tungs-Halbleiter eingesetzt werden, kann je nach angelegter Spannungspolarität Schaltelement T1 oder T2 auf Funktionali- tät geprüft werden. Liegt netzseitig am funktionsfähigen Schutzschaltgerät eine Wechselspannung an, entsteht über der elektronischen Unter- brechungseinheit eine Spannung U1 bzw. Usw, die über eine entsprechende Spannungsmessung (erste Spannungssensoreinheit SUI ) gemessen werden kann. Dies ist in den oberen Verläufen „Health" dargestellt.

Um zu überprüfen, ob eines der beiden halbleiterbasierten Schaltelemente durchgebrannt ist, wird ein kurzer Einschal- timpuls gegeben, erste Zeitspanne. Ist eines der beiden ent- haltenen Schal telemente durchgebrannt, kann das Schal telement von der elektronischen Unterbrechungseinheit nicht mehr ein- geschaltet werden. Dann bleibt auch bei einem Einschalten die gemessene Spannung stets wie im ausgeschalteten Zustand. Dies ist in der mittleren Grafik , T1 is „open" ' und der unteren Grafik , T2 is „open" ' dargestellt. Dies ermöglicht das Messen bzw. das Feststellen eines defekten Schaltelementes.

D.h. das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungsein- heit EU die elektronische Unterbrechungseinheit EU für eine erste Zeitspanne in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird, die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbre- chungseinheit ermittelt wird.

Bei Überschreitung eines zweiten Spannungsschwellwertes liegt eine zweite Fehlerbedingung vor, so dass ein niederohmig wer- den der elektronischen Unterbrechungseinheit vermieden oder/und Schließen der Kontakte vermieden wird.

Das Schutzschaltgerät ist vorteilhafterweise derart ausge- staltet, dass bei Vorliegen einer Fehlerbedingung ein Schlie- ßen der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK ver- mieden wird. Insbesondere wird kein Freigabesignal (enable) an die mechanische Trennkontakteinheit MK abgegeben.

Figur 5 zeigt eine Anordnung gemäß Figur 3 bzw. Figur 4, dem Unterschied, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakt- einheit geschlossen sind und die elektronische Unterbre- chungseinheit niederohmig ist. Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass bei ge- schlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungs- einheit EU die Höhe der Spannung über der elektronischen Un- terbrechungseinheit ermittelt wird. Bei Überschreitung eines fünften Spannungsschwellwertes liegt eine vierte Fehlerbedin- gung vor, die ein hochohmig werden der elektronischen Unter- brechungseinheit initiiert oder/und öffnen der Kontakte ini- tiiert.

Ferner ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontaktein- heit MK und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbre- chungseinheit EU die elektronische Unterbrechungseinheit EU für eine dritte Zeitspanne in einen hochohmigen Zustand ge- schaltet wird und die Höhe der Spannung über der elektroni- schen Unterbrechungseinheit ermittelt wird. Bei Unter schrei- tung eines sechsten Spannungsschwellwertes liegt eine fünfte Fehlerbedingung vor, die ein hochohmig werden der elektroni- schen Unterbrechungseinheit initiiert oder/und öffnen der Kontakte initiiert.

Dies ist in Figur 5 dadurch angedeutet, dass die Verbindung zwischen Steuerungseinheit SE und elektronischer Unterbre- chungseinheit EU ein Rechtecksignal aufweist, dass im Zustand on (niederohmig) ist und kurzzeitig in den Zustand off (hochohmig) geschaltet wird.

Liegt die fünfte oder sechste Fehlerbedingung vor, wird ein öffnungssignal OEF von der Steuerungseinheit SE an die mecha- nische Trennkontakte Einheit MK gesendet, um ein öffnen der Kontakte zu initiieren, wie in Figur 5 angedeutet. Ferner kann die Steuerungseinheit SE ein (nicht eingezeichnetes) Signal zum hochohmig werden an die elektronische Unterbre- chungseinheit senden. Das öffnen der mechanischen Kontakte wird bevorzugt kurz vor dem Stromnulldurchgang durchgeführt, sodass die mechanischen Schaltkontakte den Stromfluss leich- ter unterbrechen können.

Die elektronische Unterbrechungseinheit wird vorteilhaft dann in einen hochohmigen Zustand geschaltet, wenn der Momentanwert der Spannung zwischen netzseitigen Neutrallei- teranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen siebenten Spannungsschwellwert überschreitet, insbesondere wenn der Momentanwert der Spannung im Maximum ist.

In Figur 5 ist ferner eine netzseitige Leitungsinduktivität Lgrid mit zugehörigen Spannungsabfall U _Lgrid sowie netzseiti- gen Strom igrid eingezeichnet. Zudem ist der lastseitige Strom iload nebst lastseitigen Spannungsabfall U _Load über dem Verbraucher bzw. der Energie Senke ES eingezeichnet. Die Energiesenke ES ist mit ihrem induktiven und ohmschen Anteil dargestellt.

Figur 6 zeigt Grafiken mit Spannungsverläufen gemäß Figur 3 bzw. Figur 4, für den Fall von Figur 5, mit dem Unterschied, dass zudem Stromverläufe (Strom über der Zeit) eingezeichnet sind. Figur 5 zeigt Spannungs- und Stromverläufe beim Test durch kurzzeitiges Ausschalten der elektronischen Unterbre- chungseinheit für ein funktionsfähiges Schutzschaltgerät. In der oberen Grafik von Figur 6 ist die lastseitige Spannungs U _Load und der lastseitige Strom iload dargestellt. Zu sehen sind kurzzeitige Spannungs- bzw. Stromeinbrüche zum Zeitpunkt des - für eine dritte Zeitspanne - hochohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit. Im Beispiel im Maximum der Spannung bzw. des Stromes, d.h. wenn der Momentanwert der Spannung bzw. des Stromes im Maximum ist.

Ist die erste Spannung U1 über dem halbleiterbasierten Schaltelement positiv, kann z .B . das Schaltelement T2 über- prüft werden. Ist die erste Spannung U1 über dem halbleiter- basierten Schaltelement negativ, kann z .B . das Schaltelement T1 überprüft werden.

Figur 7 zeigt Spannungs- und Stromverläufe gemäß den vorher- gehenden Figuren 3, 4, 6. In der oberen Grafik von Figur 7 sind zum Zeitpunkt t= 16 ms ein erster Ausschaltimpuls Al1 und zum Zeitpunkt t= 25 ms ein zweiter Ausschaltimpuls AI2 der halbleiterbasierten Schaltelemente eingezeichnet. In der mittleren Grafik sind lastseitigen Spannungs U _Load und der lastseitige Strom iload dargestellt. Beim ersten Aus- schaltimpuls Al1 ist kein lastseitiger Spannungs- und auch kein lastseitiger Stromeinbruch feststellbar. Beim zweiten Ausschaltimpuls AI2 liegt ein kurzzeitiger lastseitiger Span- nungs- bzw. Stromeinbruch vor.

In der unteren Grafik ist der Verlauf der ersten Spannung U1 eingezeichnet. Zum Zeitpunkt des zweiten Ausschaltimpulses AI2 ist eine Spannungsspitze der ersten Spannung U1 erkenn- bar.

Figur 7 zeigt die Spannungsverläufe beim Test durch kurzzei- tiges Ausschalten der Schaltelemente bei einem defekten Schutzschaltgerät. Es ist zu erkennen, dass während der posi- tiven Halbwelle kein Ausschalten erfolgt. Dieses Fehlerbild tritt z .B . bei einem durchlegierten Schaltelement auf, sodass hierdurch auf ein durchlegiertes Schaltelement, z .B . Schalt- element T2, geschlossen werden kann.

Ist die erste Spannung U1 über dem elektronischen Schaltele- ment positiv, kann der z .B . ein Schaltelement T2 überprüft werden. Ist die erste Spannung U1 über dem elektronischen Schaltelement negativ, kann z .B . das andere Schaltelement T1 überprüft werden.

Figur 8 zeigt eine Anordnung gemäß der Figuren 1 bis 5, mit dem Unterschied, dass die Kontakte der mechanischen Trennkon- takteinheit geschlossen sind und die elektronische Unterbre- chungseinheit hochohmig ist.

Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass bei ge- schlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und hochohmig geschalteter elektronischer Unterbre- chungseinheit (EU) die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) für eine zweite Zeitspanne in einen niederohmigen Zu- stand geschaltet wird, dann die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelt wird. Bei Überschreitung eines dritten Spannungsschwellwertes liegt eine dritte Fehlerbedingung vor, die ein niederohmig schalten der elektronischen Unterbrechungseinheit vermeidet oder/und ein öffnen der Kontakte initiiert. Dies ist in Figur 8 dadurch angedeutet, dass die Verbindung zwischen Steuerungseinheit SE und elektronischer Unterbre- chungseinheit EU ein Rechtecksignal aufweist, dass im Zustand off (aus / hochohmig) ist und kurzzeitig in den Zustand on (ein / niederohmig) geschaltet wird. D.h. kurzzeitig ( zweite Zeitspanne) wird die elektronische Unterbrechungseinheit EU in einen niederohmigen Zustand geschaltet.

Liegt die dritte Fehlerbedingung vor, wird ein öf fnungssignal OEF von der Steuerungseinheit SE an die mechanische Trennkon- takte Einheit MK gesendet, um ein öffnen der Kontakte zu ini- tiieren, wie in Figur 8 angedeutet. Das öffnen der mechani- schen Kontakte wird bevorzugt kurz vor dem Stromnulldurchgang durchgeführt, sodass die mechanischen Schaltkontakte den Stromfluss leichter unterbrechen können. Ferner kann die Steuerungseinheit SE ein Signal zum niederohmig werden für die elektronische Unterbrechungseinheit vermeiden bzw. unter- drücken.

Vorteilhaft wird die elektronische Unterbrechungseinheit dann in einen niederohmigen Zustand geschaltet, wenn der Momentan- wert der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteran- schluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss einen vierten Spannungsschwellwert unterschreitet.

Vorteilhaft wird der Zeitpunkt zum Einschalten bei kleinen Spannungswerten (kleiner als der vierte Spannungsschwellwert) gewählt, um den hierdurch entstehenden Messstrom durch den Verbraucher / die Energiesenke / die Last zu minimieren. Fer- ner, um ein Personenschutz zu gewährleisten. Der vierte Span- nungsschwellwerte kann beispielsweise (maximal) 50 V Wechsel- spannung betragen. D.h. beim Einschalten werden nur ungefähr- liche (Schutz-) Kleinspannungen verwendet.

Figur 8 zeigt die prinzipielle Übersicht für die Überprüfung der elektronischen Unterbrechungseinheit in einem so genann- ten Control- bzw. Standby-Zustand. In diesem Zustand ist die mechanische Trennkontakteinheit geschlossen und die elektro- nische Unterbrechungseinheit hochohmig. Durch kurzzeitiges Einschalten der elektronischen Unterbrechungseinheit bzw. deren halbleiterbasierter Schaltelemente kann je nach ange- legter Spannungspolarität die Funktionalität der Schaltele- mente T1 oder T2 geprüft werden.

Figur 9 zeigt eine Abbildung gemäß Figur 7 , mit dem Unter- schied, dass in der oberen Grafik von Figur 9 zum Zeitpunkt t= 10 ms ein erster Einschaltimpuls EI1 und zum Zeitpunkt t= 20 ms ein zweiter Einschaltimpuls EI2 der halbleiterbasierten Schaltelemente eingezeichnet ist.

In der mittleren Grafik sind die lastseitigen Spannungs- U _Load und die lastseitige Stromverläufe iload dargestellt. Beim ersten Einschaltimpuls EI1 und beim zweiten Einschaltim- puls AI2 ist jeweils eine lastseitige Stromänderung bzw. ein Stromimpuls feststellbar.

In der unteren Grafik ist der Verlauf der ersten Spannung U1 eingezeichnet. Zum Zeitpunkt des ersten und zweiten Einschal- timpulses El1, EI2 ist eine Spannungsänderung bzw. Spannungs- einbruch der ersten Spannung U1 erkennbar, die detektiert werden kann (keine Überschreitung zweiter Spannungs schwell- wert) . Figur 9 zeigt dies beispielhaft für ein funktionsfähi- ges Gerät.

In der positiven Halbwelle kann beispielsweise das Schaltele- ment T2 überprüft werden. In der negativen Halbwelle kann beispielsweise das Schalt element T1 überprüft werden.

Figur 10 zeigt eine Abbildung gemäß Figur 9, mit dem Unter- schied, dass beispielhafte Strom- und Spannungsverläufe für ein defektes Schutzschaltgerät mit einer defekten elektroni- schen Unterbrechungseinheit, bei der das halbleiterbasierte Schaltelement T2 durchgebrannt ist, dargestellt ist.

In der mittleren Grafik zeigt der Stromverlauf beim Einschal- ten nur unsymmetrische Ausschläge, ferner ist in der unteren Grafik bei der ersten Spannung kein Spannungs einbruch fest- stellbar. Der dritte Spannungsschwellwert wurde überschrit- ten. Die dritte Fehlerbedingung liegt vor. Ein öffnen der Kontakte der der mechanischen Trennkontakte Einheit wird initiiert, um Sicherheit im Niederspannungsstromkreis herzu- stellen.

Figur 11 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 1-5 sowie Figur 8, mit dem Unterschied, dass das Schutzschaltgerät zweiteilig auf gebaut ist. Es enthält einen elektronischen ersten Teil EPART, beispielsweise auf einer Leiterplatte / Printed Cir- cuit Board.

Der erste Teil EPART kann die Steuerungseinheit SE, die erste Spannungssensoreinheit SU1, die zweite Spannungssensoreinheit SU2, die Stromsensoreinheit SI, die elektronische Unterbre- chungseinheit EU, die Energieversorgung NT, aufweisen. Ferner kann der erste Teil die Schmelzsicherung SS, einen Schalter SCH, die Meßimpedanz ZM, einen Temperatursensor TEM (insbe- sondere für die elektronische Unterbrechungseinheit EU) , eine Kommunikationseinheit COM, eine Anzeigeeinheit DISP aufwei- sen.

Der erste Teil EPART weist nur drei Anschlüsse auf :

- den netzseitigen Phasenleiter Anschluss LG,

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

- einen Anschluss für eine Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG.

Das Schutzschaltgerät enthält einen, insbesondere mechani- schen, zweiten Teil MPART. Der zweite Teil MPART kann die me- chanische Trennkontakteinheit MK, die Handhabe HH, eine Frei- gabeeinheit FG aufweisen. Ferner kann der zweite Teil eine Positionseinheit POS, zur Meldung der Position der Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit MK an die Steuerungs- einheit, sowie die (Neutralleiter-) Verbindung (en) aufweisen. Es können weitere, nicht näher bezeichnete, Einheiten vorge- sehen sein.

Durch die Zweiteilung lässt sich vorteilhaft ein erfindungs- gemäßes kompaktes Schutzschaltgerät realisieren.

Die Freigabeeinheit FG bewirkt eine Freigabe der Betätigung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe HH, wenn ein Freigabesignal enable vorliegt. Ferner kann die Freigabeeinheit FG ein öffnen der Kontakte bewirken, wenn ein öf fnungssignal OEF vorliegt. Die Freigabeeinheit agiert dann funktionell als Auslöseeinheit.

Im Folgenden soll die Erfindung nochmals zusammengefasst und näher erläutert werden.

Beispielhaft vorgeschlagen wird ein elektronisches Schutz- und Schaltgerät mit :

- Gehäuse mit netzseitigen und lastseitigen Anschlüssen

- Spannungssensoreinheit zur Messung der Netzspannung

- Stromsensoreinheit zur Messung des (Last) Stromes

- mechanische Trennkontakteinheit inkl. Handhabe (inkl. An- zeige der Kontaktstellung, Auslöser durch die Elektronik, Trennereigenschaften)

- elektronische Unterbrechungseinheit mit halbleiterbasierten Schal telementen

- Steuerungseinheit

- die Funktionsfähigkeit der elektronischen Unterbrechungs- einheit wird überprüft, a) durch die kontinuierliche Messung der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit; hier kann z .B . im ein- geschalteten Zustand festgestellt werden, dass ein halblei- terbasiertes Schaltelement durchgebrannt ist; b) indem die elektronische Unterbrechungseinheit kurzzeitig (<10ms, bevorzugt <1ms, allgemein: <20ms, 50ms, 100ms, 200ms, 500ms oder ls) ein- und gleich wieder ausgeschaltet wird, die Zeitspanne ist beispielsweise davon abhängig ob die Kontakte geöffnet oder geschlossen sind, bzw. aus- und gleich wieder eingeschaltet wird, und gleichzeitig Spannungsmesswerte und/oder Strommesswerte erfasst werden und diese so analysiert werden, dass eine durchlegierte oder durchgebrannte elektronische Unterbre- chungseinheit erkannt wird bzw. durchlegierte oder durchge- brannte Schaltelemente erkannt werden.

Vorteilhaft wird zunächst erstmal gemessen, dann geschaltet und gemessen. Es wird eine erste Spannungssensoreinheit / Spannungsmessein- heit über der elektronischen Unterbrechungseinheit vorge- schlagen, um die Spannung über der elektronischen Unterbre- chungseinheit zu bestimmen. Alternativ kann parallel zur zweiten Spannungssensoreinheit eine dritte Spannungs- sensoreinheit vorgesehen sein, die am lastseitigen Anschluss der elektronischen Unterbrechungseinheit, d. h. zwischen elektronischer Unterbrechungseinheit und mechanischer Trenn- kontakte Kontakteinheit vorgesehen ist, wobei diese einer- seits mit dem Phasenleiter und andererseits mit dem Neutral- leiter verbunden ist. Aus der Differenzbildung der Spannungen zwischen zweiter und dritter Spannungssensoreinheit kann die erste Spannung ermittelt werden. Die erste Spannungssensor Einheit kann in diesem Fall entfallen.

Vorgeschlagen wird eine zusätzliche Messimpedanz, die zwi- schen den beiden Leitern / Strombahnen (Phasenleiter L und Neutralleiter N) angebracht ist, um das elektrische Potential zwischen der elektronischen Unterbrechungseinheit EU und der mechanischen Trennkontakte Einheit für Messzwecke zu definie- ren (kein „floatendes" Potential. )

Vorgeschlagen wird ein Computerprogrammprodukt bzw. Algorith- mus, der die elektronische Unterbrechungseinheit bzw. die halbleiterbasierten Schaltelemente zu geeigneten Zeitpunkten (Momentanwerten der Netzspannung) ein- und ausschaltet und gleichzeitig die gemessenen Strom- und Spannungswerte auswer- tet, um zu erkennen, dass die elektronische Unterbrechungs- einheit funktionsfähig bzw. nicht funktionsfähig ist.

Die Steuerungseinheit SE kann (dazu) einen Mikrocontroller aufweisen. Auf dem Mikrocontroller kann das Computerprogramm- produkt ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt um- fasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch den Mikrocontroller diesen veranlassen das Schutzschaltgerät zu steuern, insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren zu un- terstützen, insbesondere durchzuführen. Auf einem computerlesbaren Speichermedium, wie einer CD-ROM, einem USB-Stick oder ähnlichen, kann das Computerprogrammpro- dukt gespeichert sein.

Ferner kann ein Datenträgersignal, das das Computerprogramm- produkt überträgt, existieren.

Vorgeschlagen wird eine mechanische Trennkontakteinheit, die nicht eingeschaltet werden kann, solange die Steuerungsein- heit kein Freigabesignal „enable" sendet.

Eine automatische Überprüfung der elektronischen Unterbre- chungseinheit während des „normalen" Ein-Betriebes kann zyk- lisch erfolgen. (Z .B . automatische Überprüfung ein Mal pro Stunde. )

Werden im eingeschalteten Zustand der elektronischen Unter- brechungseinheit durch kurzzeitiges Ausschalten die halblei- terbasierten Schaltelemente überprüft, und in einem Moment geschaltet, indem ein Strom fließt, kann dies gemeinsam mit der vorhandenen Leitungsinduktivität dazu führen, dass eine Überspannung am elektronischen Schalter entsteht, die einen Test des vorhandenen Energy-Absorber/Überspannungsschutz TVS ermöglicht. Ein funktionierender Überspannungsschutz begrenzt die Spannung auf einen bestimmten Wertebereich der Spannung.

Der Zeitpunkt für das Schalten der halbleiterbasierten Schaltelemente ( für die Überprüfung) richtet sich nach der Polarität der aktuell anliegenden Netzspannung, sodass ge- zielt einzelne Schaltelemente überprüft werden können. Des Weiteren kann der Momentanwert der Spannung bei der Auswahl des Zeitpunktes berücksichtigt werden.

Zusammengefasst :

-Spannungsmessung über der elektronischen Unterbrechungsein- heit bzw. Ermittlung des Spannungsabfalls über der elektroni- schen Unterbrechungseinheit EU ( z .B . über einen einfachen Spannungsteiler) , - Hochohmige Meßimpedanz (bevorzugt R und/oder C) zur Festle- gung des elektrischen Potentials zwischen elektronischer Un- terbrechungseinheit und mechanischer Trennkontakteinheit

- Spannungsermittlung über der elektronischen Unterbrechungs- einheit wird verwendet werden, um: einen durchlegierten oder durchgebrannten Zustand eines Leistungshalbleiters zu erken- nen

- Freigabe der Möglichkeit zum Einschalten des mechanischen Trennkontakteinheit nach fehlerfreier Prüfung der elektroni- schen Unterbrechungseinheit

- Möglichkeit des öffnens der mechanischen Trennkontaktein- heit nach Feststellung eines Fehlers der elektronischen Un- terbrechungseinheit.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und an- dere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet wer- den, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.