Schutzschaltgerät, Schutzschalt _S ystem und Verfahren

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät zur Unterbre chung eines mehrere Leiter aufweisenden Niederspannungsstrom kreises, ein Schutzschalt _S ystem zur Unterbrechung eines meh rere Leiter aufweisenden Niederspannungsstromkreises und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät oder Schutzschalt _S ystem zur Unterbrechung eines mehrere Leiter aufweisenden Nieder spannungsstromkreises .

Für Niederspannungsstromkreise sind bisher verschiedene Schutzschaltgeräte bekannt.

Mit Niederspannung sind Spannungen bis 1000 Volt Wechselspan nung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspan nung sind insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechselspannung oder 120 Volt Gleichspannung sind.

Mit Stromkreisen, insbesondere für Niederspannung, sind Stromkreise für Ströme bis zu 6300 Ampere gemeint, spezieller Ströme bis zu 1600 Ampere, 1200 Ampere, 630 Ampere, 125 Am pere, 80 Ampere, 63 Ampere, 40 Ampere, 25 Ampere oder 16 Am pere. Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn oder/und Abschaltströme gemeint, d.h. der Strom der im Nor malfall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw. bei de nen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch ein Schaltgerät oder ein Schutz schaltgerät.

Übliche Schaltgeräte oder Schutzschaltgeräte für Niederspan nungsstromkreise im Sinne der Erfindung sind beispielsweise (Last-)Trennschalter, Leistungsschalter, Fehlerstromschutz schalter bzw. Leitungsschutzschalter.

Trenner bzw. Trennschalter sind elektrische Betätigungssyste me, welche zum lastfreien (stromlosen) elektrischen Trennen von elektrischen Niederspannungsstromkreisen bzw. - anlagen (teilen) ausgebildet sind. Ein elektrisches Trennen unter Last ist mittels herkömmlicher Trenner nicht bzw. nur eingeschränkt möglich und kann aufgrund eines beim Trennen entstehenden Lichtbogens zur Zerstörung des Trenners führen.

Lasttrenner bzw. Lasttrennschalter sind elektrische Betäti gungssysteme, welche zum elektrischen Trennen von elektri schen Niederspannungsstromkreisen bzw. -anlagen(teilen) unter Last ausgebildet sind. Hierfür weisen Lasttrenner beispiels weise eine Lichtbogenlöschvorrichtung auf, mittels welcher ein beim elektrischen Trennen unter Last entstehender Licht bogen von Schaltelementen des Lasttrenners wegführbar und in einem hitzebeständigen Abschnitt der Lichtbogenlöschvorrich tung, wie z.B. einer Lichtbogenlöschkammer, löschbar ist. Auf diese Weise wird eine durch den Lichtbogen verursachte ther mische Überbelastung sensibler Komponenten des Lasttrenners vermieden.

Eine besondere Ausführungsform von Trennern bzw. Lasttrennern sind sicherungsbehaftete Lasttrenner, wie Sicherungslasttren ner bzw. Sicherungslasttrennschalter. Sicherungslasttrenner sind Lasttrenner, welche eine elektrische Sicherung aufwei sen, wie eine Schmelzsicherung, beispielsweise eine so ge nannte NH-Sicherung.

Trennschalter bzw. Lasttrennschalter werden manuell betätigt, beispielweise durch eine Handhabe, z.B. in Form eines Hebels / Handhabe, die Kontakte des Stromkreises öffnen, so dass ei ne galvanische Trennung, insbesondere mit einer Trennstrecke bzw. Schutzstrecke, realisiert wird. Der Hebel dient hierbei als Schalt _S tellungsanzeige, dass z.B. ein spannungsloser Zu stand im nachgelagerten Niederspannungsstromkreis vorliegt.

Eine Unterbrechung bei Kurzschlüssen, insbesondere eine wie derholte, ist bei Trennschaltern bzw. Lasttrennschaltern nicht vorgesehen. Gleichwohl kann ist eine Einschaltung auf einen Kurzschluss bei Trennschaltern bzw. Lasttrennschaltern erlaubt. Im Gegensatz dazu sind Leistungsschalter, Leitungsschutz schalter bzw. Fehlerstromschutzschalter bekannt. Die Unter brechung des Stromkreises erfolgt hierbei automatisch bei Vorliegen bestimmter Überstrom-, Kurzschluss- oder Fehler strombedingungen. Nach einer Unterbrechung können diese Gerä te wieder, relativ schnell, eingeschaltet werden. Eine manu elle Ausschaltung ist ebenfalls vorgesehen.

Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter sind Schutz schaltgeräte, die ähnlich wie eine Sicherung funktionieren. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels mindestens eines Leiters hindurchfließenden Strom und unterbrechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung bezeichnet wird, wenn Schutzparameter, wie Stromgrenzwerte, überschritten wer den. Die Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises er folgt hierbei auf mechanischem Wege durch Öffnung von mecha nischen Kontakten.

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltgeräte mit einer Trenn funktion, realisiert durch ein Trennkontaktsystem. Mit Trenn funktion ist ein gewisser Mindestabstand bzw. Mindestluft strecke zwischen den Kontakten des Trennkontakt _S ystem ge meint. Diese Mindestluftstrecke ist im Wesentlichen span nungsabhängig. Weitere Parameter sind der Verschmutzungsgrad, die Art des Feldes (homogen, inhomogen), und der Luftdruck bzw. die Höhe über Normalnull.

Für diese Mindestluftstrecken bzw. Kriechstrecken gibt es entsprechende Vorschriften bzw. Normen. Diese Vorschriften geben beispielsweise bei Luft für eine Stoßspannungsfestig keit die Mindestluftstrecke für ein inhomogenes und ein homo genes (ideales) elektrisches Feld in Abhängigkeit vom Ver schmutzungsgrad an. Die Stoßspannungsfestigkeit ist die Fes tigkeit beim Anlegen einer entsprechenden Stoßspannung. Nur bei Vorliegen dieser Mindestlänge (Mindeststrecke) weist das Trennkontakt _S ystem bzw. Schutzschaltgerät eine Trennfunktion (Trennereigenschaft) auf. Im Sinne der Erfindung sind hierbei für die Trennerfunktion und deren Eigenschaften der Normenreihe DIN EN 60947 bzw. IEC 60947 einschlägig, auf die hier durch Referenz Bezug genommen wird.

Sollen Halbleiterschaltelemente für Niederspannungsstromkrei se eingesetzt werden, so sind jedoch weitere Sicherheitsvor kehrungen zu treffen, um eine normgerechte elektrische Anlage betreibbar zu machen. Mit Halbleiterschaltelement ist ein Bauelement gemeint, wie ein Transistor, IGBT, MOSFET, etc., über das der eigentliche Strom fließt bzw. das eigentliche Schaltelement. Mit Halbleiterschalter ist ein Halbleiter schaltelement, d.h. Bauelement, mit seiner zur Funktion übli chen bzw. notwendigen (Zusatz-)Beschaltung gemeint. D.h. es könnte beispielsweise zwei Anschlüsse für den eigentlichen Stromfluss und einen oder mehrere Anschlüsse für die Initiie rung der Schaltfunktion aufweisen. Üblicherweise werden Halb leiterschalter in Kombination (Serienschaltung) mit Leis tungsschaltern und (Last-)Trennschaltern konzipiert. Die Halbleiterschalter sorgen für eine schnelle Unterbrechung des Stromkreises, können allerdings keine galvanische Trennung zur Verfügung stellen, da diese im ausgeschalteten Zustand lediglich hochohmig sind.

Der Leistungsschalter dient zum Schutz bei Ausfall eines Halbleiterschalters . Der (Last-)Trennschalter wird manuell betätigt, um eine sichere Trennung, z.B. in einem Reparatur fall, zu ermöglichen. Hierzu wird dieser vor Ort ein- bzw. ausgeschaltet. Dieses Konzept ist aufwendig bzw. umständlich zu bedienen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bestehende Schutz schaltgeräte bzw. Schutzschaltfunktionen zu verbessern, ins besondere ein neuartiges Schutzschaltgerät unter Einsatz mo derner Halbleiterschalter mit einer Trennfunktion zur Verfü gung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgerät mit den Merk malen des Patentanspruchs 1, ein Schutzschalt _S ystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17, Geräte für ein Schutz schaltsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20 bzw. 21 oder ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät oder Schutz schaltsystem mit den Merkmalen des Patentanspruch 22 gelöst.

Erfindungsgemäß ist ein Schutzschaltgerät für einen mehrere Leiter aufweisenden Niederspannungsstromkreis vorgesehen, wo bei das Schutzschaltgerät in einem Gehäuse aufweist:

- eingangsseitige erste Leiteranschlüsse für den Niederspan nungsstromkreis, die über eine Serienschaltung eines Trenn kontaktsystems und eines Halbleiterschalters mit ausgangssei tigen zweiten Leiteranschlüssen verbunden sind, wobei jeweils ein eingangsseitiger Leiteranschluss mit einem ausgangsseiti gen Leiteranschluss verbunden ist, pro Verbindung (Leiter) ist ein Trennkontakt und eine Halbleiterschalterteileinheit des Halbleiterschalters vorgesehen, (die Leiteranschlüsse sind derart ausgestaltet, dass am Gehäuse Leiter des Nieder spannungsstromkreises angeschlossen werden können,)

- ein Antrieb und eine am Gehäuse zugängliche (mechanische) Handhabe für das Trennkontakt _S ystem,

- eine (optische) Anzeigeeinheit und eine Bedieneinheit am Gehäuse,

- ein Stromsensor, der die Höhe des Stromes des Niederspan nungsstromkreises ermittelt; beispielsweise können bei einem Mehrleitersystem, wie einem Dreiphasenwechselstromkreis, pro Phase ein Stromsensor vorgesehen sein,

- eine Steuereinheit, die mit dem Stromsensor(en), der Anzei geeinheit, der Bedieneinheit, dem Antrieb des Trennkontakt system und dem Halbleiterschalter verbunden ist und die der art ausgestaltet ist, dass:

- bei einem Einschaltvorgang zuerst das Trennkontakt _S ystem geschlossen wird und anschließend der Halbleiterschalter nie derohmig wird,

- bei einem manuellen ersten Ausschaltvorgang der Halbleiter schalter hochohmig wird und das Trennkontakt _S ystem geschlos sen bleibt, - bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromschwell wert für eine erste Zeitspanne überschreitet, gemäß dem ers ten Ausschaltvorgang der Halbleiterschalter hochohmig wird und das Trennkontakt _S ystem geschlossen bleibt,

- bei einem ermittelten Strom, der einen (höheren) zweiten Stromschwellwert für eine zweite Zeitspanne überschreitet, für einen zweiten Ausschaltvorgang der Halbleiterschalter hochohmig wird und anschließend das Trennkontakt _S ystem geöff net wird,

- bei einem ermittelten Strom, der einen (noch höheren) drit ten Stromschwellwert überschreitet, gemäß dem zweiten Aus schaltvorgang der Halbleiterschalter hochohmig wird und an schließend das Trennkontakt _S ystem geöffnet wird.

Vorteilhafterweise stellen der Halbleiterschalter und das Trennkontakt _S ystem, d.h. die Trennfunktion bzw. der Trenner, eine Schutzschaltgerät bzw. eine Schutzschalt _S ystem / Schalt gerätekombination dar, welche in der Lage ist, sowohl elekt ronisch mittels Halbleiterschalter und mechanisch durch den Trenner zu schalten. Erfindungsgemäß weist hierzu der Tren ner, d.h. das Trennkontakt _S ystem, einen Antrieb auf, bei spielsweise einen Motorantrieb. Der Halbleiterschalter schal tet elektronisch und das Trennkontakt _S ystem wird nur dann ak tiviert, wenn eine sichere galvanische Trennung erforderlich ist, beispielsweise im kritischen Fehlerfall (zweiter bzw. dritter Stromgrenzwert überschritten) bzw. manuell in einem Servicefall. Eine normgerechte Anzeige der galvanischen Tren nung wird durch die Handhabe gewährleistet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei einem zweiten Ausschaltvorgang das geöffnete Trennkontakt _S ys tem mittels einer ersten Verriegelung verriegelt.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass das Trennkontakt _S ystem intern verriegelt wird und damit nicht wieder einschaltbar ist, bevor der Fehler behoben wurde bzw. damit eine klare Signalisierung dahingehend erfolgt, dass ein kritischer Feh lerfall vorliegt, so dass das Trennkontakt _S ystem nicht ohne weiteres wieder eingeschaltet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine Entriegelung der ersten Verriegelung des Trennkontakt _S ystems nur dann vorgenommen werden, wenn der Halbleiterschalter hochohmig ist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Einschalten auf ei nen Strom verhindert wird, was die Sicherheit erhöht. Zudem wird bei einer Hochohmigkeit die Schaltleistung stark mini miert, was einen einfacheren Aufbau des Trennkontakt _S ystems ermöglicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verhindert bei einem Einschaltvorgang nach dem niederohmig werden des Halbleiterschalters eine zweite Verriegelung eine manuelle Öffnung des Trennkontakt _S ystems.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine (manuelle) Tren nung bei Stromfluss vermieden wird, so dass ein einfacher Aufbau des Trennkontakt _S ystems möglich ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine Öffnung des Trennkontakt _S ystems nur dann vorgenommen werden, wenn der Halbleiterschalter hochohmig ist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schalten bzw. Öff nen Trennkontakt _S ystems unter Stromfluss, z.B. unter Erzeu gung eines Lichtbogens, vermieden wird und damit wieder ein einfacher Aufbau des Trennkontakt _S ystems ermöglicht wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Differenzstromermittlung im Niederspannungsstromkreis vor nehmbar. Bei einem Differenzstromwert, der einen Fehler stromschwellwert (Differenzstromschwellwert) überschreitet, wird ein zweiter Ausschaltvorgang durchgeführt.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei Vorliegen eines für Personen gefährlichen Fehlerstromes eine galvanische Trennung durchgeführt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist über die Bedieneinheit ein Ein- und Ausschaltvorgang initiierbar. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Einfaches Ein- und Ausschalten ermöglicht wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zeigt die Anzeigeeinheit den Schaltzustand des Halbleiterschalters o- der/und den Typ des Ausschaltvorganges an.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine klare Visualisie rung des (Schalt-)Zustandes gegeben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zeigt die Handhabe den Zustand des Trennkontakt _S ystems an.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine klare Erkennung der Trennfunktion gegeben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zeigt die Anzeigeeinheit auch den Zustand des Trennkontakt _S ystems an. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine integrierte Anzei ge sämtlicher Zustände gegeben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Antrieb ein Motorantrieb oder Magnetantrieb oder weist einen Federspeicher auf.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass das mechanische Trenn kontaktsystem fernschaltfähig (remote) ist und so funktional mit dem Halbleit _S chalter wirken kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen. Diese ist z.B. mit der Steuereinheit verbunden.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine fernbedienbare Überwachung oder Steuerung des Schutzschaltgerätes ermöglicht wird. Ferner z.B. eine Kopplung mit anderen Schutzschaltgerä ten bzw. Geräten. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Spannungssensor zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Nie derspannungsstromkreises vorgesehen, der insbesondere mit der Steuereinheit verbunden ist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitere Schutz funktionen, wie Überspannungs- oder Unterspannungsschutz er möglicht werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Netzteil vorgesehen, dass einerseits Energie aus dem Nieder spannungsstromkreis bezieht und andererseits mit der Steuer einheit verbunden ist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Eigenversorgung des Schutzschaltgerätes gegeben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Hilfsspannungsanschluss, insbesondere zur Energieversorgung der Steuereinheit, vorgesehen.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine externe, von der Spannung bzw. dem Stromfluss des Niederspannungsstromkreises unabhängige, Energieversorgung des Schutzschaltgerätes und damit der Schutzfunktionen gegeben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Anzeigeeinheit eine optische Anzeigeeinheit, die insbesondere Lichtemitterdioden aufweist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache und gute Visualisierung gegeben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Handhabe eine mechanische Handhabe für das Trennkontakt _S ys tem.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache und op tisch gut sichtbaren Realisierung der klaren Erkennung der Trennfunktion gegeben ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine pyrotechnische Sicherung vorgesehen, die in Serie zur Serien- _S chaltung geschaltet ist und bei einem Stromfluss, der einen vierten Stromschwellwert überschreitet und bei einem hochoh migen Schaltzustand des Halbleiterschalters, ausgelöst wird, so dass der Niederspannungsstromkreis unterbrochen wird.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schutz bei einem durchgalvanisieren des Halbleiterschalters gegeben ist, ins besondere wenn schnelle Reaktionszeiten zum Schutz notwendig sind.

Erfindungsgemäß wird ferner ein korrespondierendes Schutz schaltsystem für einen Niederspannungsstromkreis vorgeschla gen, mit dem Unterschied, dass zwei Geräte vorgesehen sind, die über eine Kommunikationsverbindung miteinander verbunden sind. Das erste Gerät weist einen Halbleiterschalter auf. Das zweite Gerät weist ein Trennkontakt _S ystem auf.

Das System bzw. das erste / zweite Gerät können mit einzelnen bzw. allen vorstehend bzw. nachfolgend genannten vorteilhaf ten Ausgestaltungen ausgestattet sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems ist die Kom munikationsverbindung eine drahtgebundene Kommunikationsver bindung.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders sichere Verbindung gegeben ist, die eine zuverlässige Zurverfügungs tellung der Schutzfunktionen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird ferner ein korrespondierendes Verfahren für ein Schutzschaltgerät oder Schutzschalt _S ystem vorgeschla gen. Das Verfahren kann einzelne bzw. alle vorstehend bzw. nachfolgend genannte vorteilhafte Ausgestaltungen aufweisen.

Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf die unabhängigen Patentansprüche als auch rückbezogen le diglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung des neuartigen Schutzschaltgerätes, Schutzschaltsystems, Einzelgerätes oder Verfahrens. 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 des Ausführungsbeispiels, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Schutzschaltgerät;

Figur 2 ein erfindungsgemäßes Schutzschaltsystem.

Figur 1 zeigt ein Schutzschaltgerät SG für einen Niederspan nungsstromkreis, wie beispielsweise einem Dreiphasenwechsel stromkreis mit drei Phasenleitern und einem Neutralleiter o- der einem Einphasenwechselstromkreis mit Phasen- und Neutral leiter, mit einem Gehäuse GEH. Das Schutzschaltgerät SG weist eingangsseitige erste Leiteranschlüsse EL für den Niederspan nungsstromkreis, die über eine Serienschaltung eines Trenn kontaktsystems KS und eines Halbleiterschalters HL mit aus gangsseitigen zweiten Leiteranschlüssen AL verbunden sind, wobei jeweils ein eingangsseitiger Leiteranschluss EL mit ei nem ausgangsseitigen Leiteranschluss AL verbunden ist. Pro Verbindung (Leiter) ist ein Trennkontakt des Trennkontakt _S ys tems KS und eine Halbleiterschalterteileinheit des Halb leiterschalters HL vorgesehen. Im Beispiel gemäß Figur 1 ist nur ein Leiter dargestellt. Die Leiteranschlüsse können der art ausgestaltet sein, dass am Gehäuse Leiter des Niederspan nungsstromkreises angeschlossen werden können.

Das Trennkontakt _S ystem KS weist erfinderisch einen Antrieb AT auf, beispielsweise einen Motorantrieb oder Magnetantrieb, sowie eine am Gehäuse GEH (außerhalb) zugängliche (mechani sche) Handhabe HB, die neben der möglichen Betätigung des Trennkontakt _S ystems als Anzeige für die Schalt _S tellung des Trennkontakt _S ystems KS dient (Schaltstellungsanzeige).

Am Gehäuse GEH ist eine (optische) Anzeigeeinheit AE, insbe sondere für die Anzeige des Zustandes bzw. der Schalt _S tellung des Halbleiterschalters HL, und eine Bedieneinheit vorgesehen - im Beispiel weist die Anzeigeeinheit AE eine integrierte Bedieneinheit auf. Im Gehäuse GEH ist ein Stromsensor SEN für den Leiter vorgesehen, der die Höhe des Stromes des Nieder spannungsstromkreises ermittelt; beispielsweise kann bei ei nem Mehrleitersystem, wie einem Dreiphasenwechselstromkreis, pro Phase (bzw. ggfs, zusätzlich für den Neutralleiter) ein Stromsensor SEN vorgesehen sein. Ferner kann ein Spannungs sensor vorgesehen sein. Im Gehäuse ist eine Steuereinheit ST vorgesehen, die mit dem (den) Stromsensor(en) SEN, der Anzei geeinheit AE (i.B. mit Bedieneinheit), dem Antrieb AT des TrennkontaktSystem KS und dem Halbleiterschalter HL verbunden ist. Ferner kann eine Kommunikationsschnittstelle COM vorge sehen sein, die ebenfalls mit der Steuereinheit ST verbunden ist. Das TrennkontaktSystem KS bzw. der Antrieb AT kann fer ner einen Hilfsauslöser HA aufweisen, der ebenfalls mit der Steuereinheit ST verbunden ist. Der Hilfsauslöser (Hilfsaus- lösesystem) HA dient zur Betätigung des Antriebs, wenn dieser als Federspeicher ausgestaltet ist und so eine Hilfsenergie zu Betätigung benötigt.

Im Schutzschaltgerät SG kann ein Netzteil zur Energieversor gung der Steuereinheit ST vorgesehen sein. Alternativ bzw. zusätzlich kann ein (bzw. mehrere) Hilfsenergieanschluss HE (Hilfsspannungsanschluss) vorgesehen sein.

Erfindungsgemäß kann ferner eine pyrotechnische Sicherung vorgesehen sein, die in der Serienschaltung aus Trennkontakt system KS und Halbleiterschalter HL vorgesehen ist (davor, in der Mitte, danach).

Figur 2 zeigt eine Anordnung gemäß Figur 1, mit dem Unter schied, dass das TrennkontaktSystem und der Halbleiterschal ter in unterschiedlichen Geräten mit eigenen Gehäusen ange ordnet sind. Figur 2 zeigt ein dementsprechendes Schutz schaltsystem für einen Niederspannungsstromkreis, im Beispiel eingezeichnet eine Energiequelle EQ, die über das Schutz schaltsystem mit einer Energiesenke ES (Last, Verbraucher, ...) verbunden ist. Das SchutzschaltSystem weist ein erstes Gerät Gl mit einem Halbleiterschalter HL und ein zweites Gerät G2 mit einem Trennkontakt _S ystem KS auf, die über eine Kommunika tionsverbindung KV miteinander verbunden sind.

Das erste Gerät Gl weist in einem ersten Gerätegehäuse analog zu Figur 1 eingangsseitige erste Anschlüsse Al für den Nie derspannungsstromkreis, die über den Halbleiterschalter HL mit ausgangsseitigen zweiten Anschlüssen A2 verbunden sind, auf. Einen Stromsensor SEN, der die Höhe des Stromes des Nie derspannungsstromkreises ermittelt. Eine mit dem Halbleiter schalter HL und dem Stromsensor SEN verbundene Logikeinheit LOG, die wiederum mit einer ersten Kommunikationsschnittelle COM1 verbunden ist, die einen Anschluss für die Kommunikati onsverbindung KV zur Verfügung stellt. Die Logikeinheit LOG ist analog zur Steuereinheit SE aufgebaut, und kann insbeson dere nur die Funktionen, die für das erste Gerät benötigt werden, aufweisen.

Das zweite Gerät G2 in einem zweiten Gerätegehäuse weist ana log eingangsseitige dritte Anschlüsse A3 für den Niederspan nungsstromkreis, die über ein Trennkontakt _S ystem KS mit aus gangsseitigen vierten Anschlüssen A4 verbunden sind. Das zweite Gerät weist analog einen Antrieb AT und eine am Gehäu se zugängliche Handhabe HB für das Trennkontakt _S ystem KS auf. Ferner eine Kontrolleinheit KE, die analog zur Steuereinheit ST bzw. Logikeinheit LOG aufgebaut sein kann und in einer Ausgestaltung nur die Funktionen, die für das zweite Gerät G2 benötigt werden, aufweist. Die Kontrolleinheit KE ist mit dem Antrieb AT des Trennkontakt _S ystems KS und mit einer zweiten Kommunikationsschnittelle COM2 verbunden, die einen Anschluss für die Kommunikationsverbindung KV zur Verfügung stellt.

Eine weitere Ausführung vom zweiten Gerät G2 ist ein Gerä tegehäuse mit einem Trennkontakt _S ystem KS, einem Antrieb AT mit der zugänglichen Handhabe HB und einem Hilfsauslöser HA. Der Hilfsauslöser HA ist mittels Kommunikationsverbindung (über die auch Energie übertragen werden kann, d.h., die auch Energie bereitstellen kann) mit dem ersten Gerät Gl verbun den. Neben der Kommunikationsverbindung KV sind die zweiten An schlüsse A2 mit den dritten Anschlüssen A3 über eine Leitung des Niederspannungsstromkreises miteinander verbunden.

Die Kommunikationsverbindung KV kann insbesondere eine draht gebundene Kommunikationsverbindung sein, damit eine sichere Kommunikation gewährleistet ist.

Das erste Gerät Gl oder/und das zweite Gerät G2 können eine Anzeigeeinheit oder/und eine Bedieneinheit aufweisen, bei spielsweise auch als kombinierte Anzeige- und Bedieneinheit, um Platz zu sparen. Diese sind am jeweiligen Gerätegehäuse angeordnet. Diese sind ferner je nach Ausgestaltung mit der Logikeinheit LOG oder/und Kontrolleinheit KE verbunden.

Es können ferner Hilfsauslöser, Netzteile oder/und Hilfsener gieanschlüsse vorgesehen sein, analog zu Figur 1.

In einer Ausgestaltung kann der (Schalt-)Zustand des zweiten Gerätes am ersten Gerät angezeigt werden. In einer alternati ven oder zusätzlichen Ausgestaltung kann der (Schalt-)Zustand des ersten Gerätes am zweiten Gerät angezeigt werden.

Erfindungsgemäß ist das neuartige Schutzschaltgerät bzw. Schutzschalt _S ystem bzw. Verfahren derart ausgestaltet, dass:

- bei einem Einschaltvorgang, der über die Bedieneinheit bzw. durch ein Signal über die Kommunikationsschnittstelle COM, COM1, COM2 initiierbar ist, zuerst das Trennkontakt _S ystem KS geschlossen wird und anschließend der Halbleiterschalter HL niederohmig wird. Bei einem manuellen ersten Ausschaltvor gang, der über die Bedieneinheit bzw. durch ein Signal über die Kommunikationsschnittstelle COM, COM1, COM2 initiierbar ist, der Halbleiterschalter HL hochohmig wird und das Trenn kontaktsystem KS geschlossen bleibt. Bei einem, durch den Stromsensor SEN, ermittelten Strom, der einen ersten Strom schwellwert für eine erste Zeitspanne überschreitet, gemäß dem ersten Ausschaltvorgang der Halbleiterschalter HL hochoh mig wird und das Trennkontakt _S ystem KS geschlossen bleibt. Dies kann beispielsweise für den Fall einfacher Überströme, die über dem Bemessungsstrom liegen, eingesetzt werden.

Bei einem (durch den Stromsensor SEN) ermittelten Strom, der einen zweiten Stromschwellwert (der höher als der erste Stromschwellwert ist) für eine zweite Zeitspanne (die gleich oder größer als die erste Zeitspanne sein kann) überschrei tet, für einen zweiten Ausschaltvorgang der Halbleiterschal ter (HL) hochohmig wird und anschließend das Trennkontakt _S ys tem (KS) geöffnet wird. Dies kann beispielsweise für einen kritischen Fall von Überströmen eingesetzt werden, wobei eine galvanische Trennung vollzogen wird. Bei einem ermittelten Strom, der einen dritten Stromschwellwert (höher als der zweite Stromschwellwert) überschreitet, gemäß dem zweiten Ausschaltvorgang der Halbleiterschalter (HL) hochohmig wird und anschließend das Trennkontakt _S ystem (KS) geöffnet wird. Dies kann zum Beispiel bei Kurzschluss(strömen) zum Einsatz kommen, um eine schnelle Abschaltung mit galvanischer Tren nung zu erreichen.

Insbesondere kann bei einem zweiten Ausschaltvorgang das ge öffnete Trennkontakt _S ystem KS mittels einer ersten Verriege lung verriegelt werden, um ein (unbeabsichtigtes) Einschalten nach einen kritischen Über- oder Kurzschlussstrom zu verhin dern.

Insbesondere kann eine Entriegelung dieser ersten Verriege lung des Trennkontakt _S ystems nur dann vorgenommen werden kann, wenn der Halbleiterschalter hochohmig ist, so dass ein Einschalten im (weitestgehend) stromlosen Fall erfolgt. Dies kann für den Personenschutz wichtig sein als auch für die Le bensdauer des Trennkontakt _S ystems KS.

Bei einem Einschaltvorgang nach dem niederohmig werden des Halbleiterschalters HL kann eine zweite Verriegelung eine ma nuelle Öffnung des Trennkontakt _S ystems verhindern, so dass ein (unbeabsichtigtes) Öffnen des unter Spannung/Strom ste henden Trennkontakt _S ystems verhindert wird, bei dem Lichtbö gen entstehen könnten. Insbesondere kann eine Öffnung des Trennkontakt _S ystems nur dann vorgenommen werden kann, wenn der Halbleiterschalter hochohmig ist.

Das Schutzschaltgerät kann eine Fehlerstromfunktion aufwei sen, bei der eine Differenzstromermittlung im Niederspan nungsstromkreis vorgenommen wird. Beispielsweise durch einen Summenstromwandler oder eine Differenzwertbildung gemessener Leiterströme. Bei einem Differenzstromwert, der einen Fehler stromschwellwert überschreitet (z.B. 30 mA für den Personen schutz) kann ein zweiter Ausschaltvorgang durchgeführt wer den, so dass zum Personenschutz eine galvanische Trennung vorliegt.

Über die Bedieneinheit kann ein Ein- und Ausschaltvorgang initiierbar sein. Die Anzeigeeinheit kann den Schaltzustand des Halbleiterschalters oder/und den Typ des Ausschaltvorgan ges anzeigen. Die Handhabe zeigt den Zustand des Trennkon taktsystems an. Die Anzeigeeinheit kann auch den Zustand des Trennkontakt _S ystems anzeigen. Die Anzeigeeinheit kann eine optische Anzeigeeinheit sein, z.B. mit Lampen, Lichtemitter dioden, Segmentanzeigen, (Touchscreen-)Displays, etc.

Mit niederohmig ist ein Zustand gemeint, bei dem die zulässi gen Ströme fließen können. Insbesondere sind mit niederohmig Widerstandswerte gemeint, die kleiner als 10 Ohm, besser kleiner als 1 Ohm, 100 Milliohm, 10 Milliohm, 1 Milliohm, 100 Mikroohm, 10 Mikroohm, 1 Mikroohm, 100 Nanoohm, 10 Nanoohm, 1 Nanoohm oder kleiner sind.

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, 10 Gigaohm, 100 Gigaohm, 1 Teraohm oder größer gemeint. Der Halbleiterschalter kann vorteilhafterweise mit Bipolar transistoren, Feldeffekttranistoren, Thyristoren oder/und Isolated Gate Bipolartransistoren (IGBT) ausgestaltet sein. Das Trennkontakt _S ystem ist vorteilhafterweise durch eine Min destluftstrecke der geöffneten Trennkontakte in der Aus stellung (Geöffnet Stellung, geöffnete Kontakte) in Abhängig keit von der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit und dem Ver schmutzungsgrad gekennzeichnet. Die Mindestluftstrecke be- trägt insbesondere zwischen (im Minimum) 0,01 mm und 14 mm. Insbesondere beträgt vorteilhafterweise die Mindestluftstre cke zwischen 0,01 mm bei 0,33 kV und 14 mm bei 12 kV, insbe sondere für Verschmutzungsgrad 1 sowie insbesondere für inho mogene Felder.

Vorteilhafterweise kann die Mindestluftstrecke die folgenden Werte aufweisen:

EDM EN 60947-1 (VDE 0660-100):2018-06 Die Verschmutzungsgrade und Feldarten entsprechen den in den Normen definierten. Dadurch lässt vorteilhafterweise ein ent sprechend der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit dimensionier tes normgerechtes Schutzschaltgerät erzielen.

Im Folgenden soll die Erfindung noch mal mit anderen Worten erläutert und ihre Vorteile dargestellt werden.

Durch eine Steuereinheit ST (Logikeinheit LOG, Kontrollein- heit KE) im Schutzschaltgerät SG bzw. System wird gewährleis tet, dass das Trennkontakt _S ystem KS (der Trenner) nur dann geöffnet wird, wenn ein kritischer (indizierter) Störfall vorliegt und eine sichere (galvanische) Trennung notwendig ist. Dazu kann das Trennkontakt _S ystem KS so verriegelt werden (erste Verriegelung), dass ein (motorisches) Einschalten des Trennkontakt _S ystems KS ausgeschlossen ist (z.B. durch ein Blockiersignal an den Motorantrieb). Nach einer Fehler- Klärung kann dann, z.B. durch Servicepersonal vor Ort, wieder eingeschaltet werden. Bei einem manuellen (normalen bzw. be triebsmäßigen) Schalten bleibt das Trennkontakt _S ystem KS ge schlossen (EIN). Nur der Halbleiterschalter HL unterbricht den Strom. Ein kritischer / indizierter Störfall ist z.B. ein Kurzschluss (dritter Stromschwellwert) oder ein für die Anla ge definierter kritischer Überstrom (zweiter Stromschwell wert, zweite Zeitspanne).

Ferner kann eine Verschaltung vorgesehen sein, die gewähr leistet, dass vor dem Stromfluss das Trennkontakt _S ystems KS geschlossen ist. D.h. bevor der Halbleiterschalter HL niede rohmig werden kann, muss das Trennkontakt _S ystem KS geschlos sen sein. Damit soll verhindert werden, das Nenn- und Über ströme geschaltet werden. So dass ein Verschleißen der Kon takte des Trennkontakt _S ystems KS vermieden wird.

Das Trennkontakt _S ystem KS ist so zu dimensionieren, dass die ses bis zum definierten Überstrom sicher zuhält. Der (Mo tor)Antrieb treibt direkt oder indirekt das Trennkontaktsys- tem KS. Damit kann ein Betätigen aus der Ferne, über eine Kommunikationsschnittstelle COM, möglich sein.

Beispielsweise kann ein direkter Antrieb AT der Schaltachse des Trennkontakt _S ystems KS realisiert sein. Ebenso kann ein Auslösefederspeicher vorgesehen sein, der geladen wird.

Die Schalt _S tellungsanzeige des Trennkontakt _S ystems KS kann so aufgebaut sein, dass diese neben dem Zustand des Trennkon taktsystems KS auch den (Schalt-)Zustand des Halbleiterschal ters HL anzeigt. Hierzu kann ein kleiner mechanischer Schal ter vorgesehen sein, welcher eine Markierung „Ein/ Aus" be wegt. So kann z.B. Servicepersonal eindeutig den (Schalt- )Zustand des Schutzschaltgerätes SG und dessen Leiterpfa des/Lastpfades erkennen, auch für den Fall, dass kein Strom im Niederspannungsstromkreis fließt.

Es kann eine Verriegelung vorgesehen sein, dass das Trennkon taktsystems KS nicht eingeschaltet werden kann, wenn der Halbleiterschalter HL nicht hochohmig (AUS) ist.

Das Trennkontakt _S ystems KS kann auch ein (spannbares) Kipphe belschaltschloss aufweisen. Die Auslösung kann in diesem Fall durch einen Hilfsauslöser (z.B. ein Spannungsauslöser) erfol gen, der das gespannte Schaltschloss entklinkt. Das Einschal ten kann vor Ort per Handbetätigung erfolgen.

Das Schutzschaltgerät hat gegenüber dem Schutzschalt _S ystem den Vorteil, dass aufwendige Verdrahtungen zwischen den Gerä ten vermieden werden.

Das Schutzschaltgerät kann mit einer weiteren Trennvorrich tung ausgestattet werden. Diese könnte durch einen in Serie geschalteten pyrotechnischen Schalter realisiert werden.

Beim Schutz von Umrichtern ist im Fehlerfall eine (ultra schnelle) Abschaltung notwendig, die im Normalfall durch den Halbleiterschalter HL realisiert wird. Legiert allerdings der Halbleiter durch, d.h. fließt Strom, obwohl eigentlich der Halbleiterschalter HL hochohmig (Aus) ist (bzw. sein sollte), so ist in diesem Fehlerfall mit der weiteren Trennvorrich tung, z.B. pyrotechnischer Schalter, eine (ultraschnelle) Ab schaltung möglich. Beispielsweise wenn der Strom (für den hochohmigen Fall) einen vierten Stromschwellwert überschrei tet.

Die Erfindung besteht unter anderem darin, zwei bisherige Funktionsbausteine neu zu definieren. In der klassischen elektromechanischen Schalterwelt gab es einen Leistungsschal ter, welcher eine Trennung mit eindeutiger Schalt _S tellungsan zeige gewährleisten konnte. Ein zusätzlicher Trenner mit ei nem Trennkontakt _S ystems KS im Strompfad war zu Reparaturzwe cken vorgesehen.

Soll nun elektronisch (mit einem Halbleiterschalter HL) ge schaltet werden, so übernimmt der Halbleiterschalter HL mit (seiner) Steuerung die Schutzfunktion, der Trenner ist nur noch für die sichere Trennung durch ein Trennkontakt _S ystems KS zuständig. Der bisherige Funktionszusammenhang in einem Leistungsschalter, des Schaltens und der sicheren Trennung und der eindeutigen Schalt _S tellungsanzeige, ist so nicht mehr erfüllbar.

Erfindungsgemäß werden ferner die Funktionen neu auf ein oder zwei Geräte verteilt:

1. Der Halbleiterschalter übernimmt die Funktion Schalten und Schützen (incl. Signalerfassung und Verarbeitung) und ist der Master für das Trennkontakt _S ystem KS / den Trenner, wenn AUS geschaltet wird.

2. Der Trenner / das Trennkontakt _S ystem KS übernimmt die Funktion galvanische Trennung und eindeutige Schalt _S tellungs anzeige. Diese Funktion wird aber nicht bei jedem Schaltvor gang durchgeführt, sondern nur noch, wenn der Halbleiter schalter HL einen qualifizierten (kritischen) Fehler meldet. Normales betriebsmäßiges Schalten übernimmt nur der Halb leiterschalter HL. Der Trenner / das Trennkontakt _S ystem KS wird erfindungsgemäß mit einem (Motor-)Antrieb ausgestattet, welcher auch eine remotemäßige Einschaltung vornehmen kann. Der Master beim (wieder) EIN-schalten nach einem kritischen Fehler ist der Trenner / das Trennkontakt _S ystem KS.

Ausgangszustand des Verfahrens: Stromkreis ist unterbrochen, Trenner ist geöffnet / AUS, Halbleiterschalter ist hochohmig.

1. Einschalten: Signal an Trenner einschalten (Kommt von An lagensteuerung über die Kommunikationsschnittstelle COM, Be- dienheit oder ähnlich über den Halbleiterschalter HL / SSCB) => Kontakte werden geschlossen => Freigabesignal an Halb leiterschalter HL => Schaltet EIN => Anzeige das Halbleiter schalter eingeschaltet ist (EIN) und auch die Handhabe des Trennkontakt _S ystems KS ist EIN.

2. Betriebsmäßiges Ein -, Ausschalten; Logische Abfolge: a) Betriebsströme schalten, kleine Überstrome abschalten, Trenner ist in EIN (geschlossen).

Halbleiterschalter schaltet je nach Anforderung Ein bzw. AUS => kein Signal an Trenner zum Ausschalten => Signalanzeige des Halbleiterschalters ist Ein bzw. AUS. b) Fehler abschalten, welche eine sichere Trennung erfordern. Logische Abfolge:

Halbleiterschalter schaltet ab => Ausschaltsignal an Trenner => Trenner / Trennkontakt _S ystems KS öffnet Kontakte (schaltet AUS) => Trenner / Trennkontakt _S ystem KS wird verriegelt, da mit nicht wieder einschaltbar => parallel Signal an Anzeige einheit AE des Halbleiterschalter (und Trennkontakt _S ystems): AUS

=> Trenner Schalt _S tellungsanzeige in Ausgelöst bzw. AUS.

3. Ausschalten, Reparaturfall; Logische Abfolge:

Anlage wird durch den Halbleiterschalter HL abgeschaltet => Anzeige für den Halbleiterschalter AUS => ggf. Verriegelung für Trennkontakt _S ystem KS aufheben, => Trennkontakt _S ystem KS kann geöffnet werden (Trenner kann ausgeschaltet werden) => Schalt _S tellungsanzeige Trennkontakt _S ystems AUS => ggf. Ver riegelungssignal für Halbleiterschalter HL, damit dieser nicht einschaltbar ist. 4. Einschalten nach Fehlerfall; Logische Abfolge:

Fehler beseitigen => Trenner entriegeln => Nur entriegelbar wenn Halbleiterschalter HL hochohmig / AUS ist => Trenner / Trennkontakt _S ystem KS nach EIN einschalten => Freigabesignal an Halbleiterschalter HL => Halbleiterschalter HL ist ein- schaltbar.

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