Schutzschaltgerät und Verfahren

Die Erfindung betri f ft das technische Gebiet eines Schutz- schaltgerätes für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit nach dem Oberbegri f f von Patentanspruch 1 und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit .

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

Mit Niederspannungsstromkreis bzw . -netz oder -anlage sind Stromkreise mit Nennströmen bzw . Bemessungsströmen von bis zu 125 Ampere , spezi fischer bis zu 63 Ampere gemeint . Mit Niederspannungsstromkreis sind insbesondere Stromkreise mit Nennströmen bzw . Bemessungsströmen von bis zu 50 Ampere , 40 Ampere , 32 Ampere , 25 Ampere , 16 Ampere oder 10 Ampere gemeint . Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn- , Bemessungs- oder/und Abschaltströme gemeint , d . h . der Strom der im Normal fall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw . bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie ein Schutzschaltgerät , Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter . Die Nennströme können sich weiter staf feln, 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 Uberstrom- schut zeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden . Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss . Ein Leitungsschutzschalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurzschluss selbsttätig abschalten . Ein Leitungsschutzschalter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungselement .

Leistungsschalter sind, im Gegensatz zu Leitungsschutzschaltern, für Ströme größer als 125 A vorgesehen, teilweise auch schon ab 63 Ampere . Leitungsschutzschalter sind deshalb einfacher und filigraner auf gebaut . Leitungsschutzschalter weisen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung auf einer so genannten Hutschiene ( Tragschiene , DIN- Schiene , TH35 ) auf .

Leitungsschutzschalter gemäß dem Stand der Technik sind elektromechanisch auf gebaut . In einem Gehäuse weisen sie einen mechanischen Schaltkontakt bzw . Arbeitsstromauslöser zur Unterbrechung (Auslösung) des elektrischen Stromes auf . Üblicherweise wird ein Bimetall-Schutzelement bzw . Bimetall-Element zur Auslösung (Unterbrechung) bei länger anhaltenden Überstrom (Uberstromschut z ) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschut z ) eingesetzt . Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurz zeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Uberstromgrenzwerts bzw . im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschlussschutz ) eingesetzt . Eine oder mehrere Lichtbogenlöschkammer (n) bzw . Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung sind vorgesehen . Ferner Anschlusselemente für Leiter des zu schützenden elektrischen Stromkreises .

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

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

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

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

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

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

Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit sind relativ neuartige Entwicklungen . Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit auf . D . h . der elektrische Stromfluss des Niederspannungsstromkreises wird über Halbleiterbauelemente respektive Halbleiterschalter geführt , die den elektrischen Stromfluss unterbrechen bzw . leitfähig geschaltet werden können . Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit weisen ferner häufig ein mechanisches Trennkontaktsystem auf , insbesondere mit Trennereigenschaften gemäß einschlägigem Normen für Niederspannungsstromkreise , wobei die Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystems in Serie zur elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet sind, d . h . der Strom des zu schützenden Niederspannungsstromkreises wird sowohl über das mechanische Trennkontaktsystem als auch über die elektronische Unterbrechungseinheit geführt . Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Niederspannungswechselstromkreise, mit einer Wechselspannung, üblicherweise mit einer zeitabhängigen sinusförmigen Wechselspannung mit der Frequenz f. Die zeitliche Abhängigkeit des momentanen Spannungswertes u(t) der Wechselspannung ist durch die Gleichung: u(t) = U * sin (2n * f * t) beschrieben. Wobei: u(t) = momentaner Spannungswert zu der Zeit t

U = Amplitude der Spannung

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

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

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 w und der Zeit t dem zeitabhängigen Winkel cp ( t ) , der auch als Phasenwinkel cp ( t ) bezeichnet wird. D.h. der Phasenwinkel cp ( t ) durchläuft periodisch den Bereich O...2n bzw. 0°...360°. D.h. der Phasenwinkel nimmt periodisch einen Wert zwischen 0 und 2n bzw. 0° und 360° an (cp = n* (0...2n) bzw. cp = n* ( 0 °...360 ° ) , wegen Periodizität; verkürzt: cp = O...2n bzw. cp = 0°...360° ) .

Mit momentanem Spannungswert u(t) oder momentanen Stromwert oder momentanem Differenzstromwert ist folglich der momentane Wert der Spannung / des Stromes / des Differenzstromes zum Zeitpunkt t, d.h. bei einer sinusförmigen (periodischen) Wechselspannung der Wert der Spannung / des Stromes / des Differenzstromes zum Phasenwinkel cp gemeint (cp = O...2n bzw. cp = 0°...360°, der jeweiligen Periode) .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschaltgerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere den Schutz gegen Fehlerströme durch Personen zu gewährleisten bei gleichzeitiger Verminderung der Belastung von möglicherweise betroffenen Personen durch Stromvermeidungsvorgänge des Schutzschaltgerätes. Alternativ ein neuartiges Konzept für ein derartiges Schutzschaltgerät zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst.

Erfindungsgemäß ist ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Niederspannungswechselstromkreises, vorgesehen, aufweisend:

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

- eine Differenzstromsensoreinheit, zur Ermittlung der Höhe eines Differenzstromes der Leiter des Niederspannungsstromkreises, - eine mechanische Trennkontakteinheit , die einen geschlossenen Zustand der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis oder einen geöf fneten Zustand der Kontakte für eine stromflussvermeidende galvanische Trennung im Niederspannungsstromkreis aufweist , die mechanische Trennkontakteinheit ist insbesondere durch eine mechanische Handhabe bedienbar und schaltbar, so dass ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis ( durch die Handhabe ) schaltbar ist , damit ist ( insbesondere ) eine galvanische Trennung im Niederspannungsstromkreis schaltbar ; bei einer mechanischen Trennkontakteinheit wird ein Öf fnen von Kontakten auch als Freischalten und ein Schließen von Kontakten als Zuschalten bezeichnet ;

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

- einer Steuerungseinheit , die mit der Di f ferenzstromsensoreinheit , der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbunden ist . Erfindungsgemäß ist das Schutzschaltgerät , insbesondere die Steuerungseinheit , derart ausgestaltet , dass bei Überschreitung von Di f ferenzstromgrenzwerten oder Di f ferenzstrom-Zeitgrenzwerten ( d . h . wenn ein Di f ferenzstromgrenzwert für eine erste Zeitspanne überschritten wird) eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis durch einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit bei geschlossenem Zustand der Trennkontakte bei nachfolgender Unterschreitung des Betrages des Momentanwertes des Differenzstromes unter einen Differenzstromschwellwert initiiert wird, insbesondere, dass der hochohmige Zustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit (bei geschlossenem Zustand der Trennkontakte) im nächsten Nulldurchgang des Differenzstromes initiiert wird.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine neuartige Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis bei Überschreitung von Differenzstromgrenzwerten oder Differenz- strom-Zeitgrenzwerten gegeben ist, wobei die Vermeidung nicht sofort bei Überschreitung der Differenzstromgrenzwerte oder Differenzstrom-Zeitgrenzwerte erfolgt, sondern erst nach einer Reduzierung der Höhe des Differenzstromes, speziell im Nulldurchgang (Differenzstrom gleich Null) , durchgeführt wird. In einem Niederspannungswechselstromkreis ist ein fehlerhafter Differenzstrom (Fehlerstrom) ebenfalls ein Wechselstrom. Durch Abschaltung, beispielweise im Nulldurchgang oder nahe des Nulldurchganges, d.h. wenn ein Differenzstrom einen Differenzstromschwellwert betragsmäßig unterschritten hat, werden eventuelle Rückwirkungen durch sofortige Stromvermeidung, insbesondere durch die elektronische Unterbrechungseinheit, die eine sehr schnelle Stromvermeidung, beispielsweise im (kleinen) Millisekunden oder Mikrosekunden-Bereich, durchführen kann, auf möglicherweise beteiligte Personen vermieden, da bei betragsmäßig zumindest annähernd rückwirkungsfreien Differenzstromhöhen eine Stromvermeidung durchgeführt wird. Hierbei liegt die Annahme zugrunde, dass bei Stromvermeidungsvorgängen (Schaltvorgängen) bei betragsmäßig kleinen Strömen durch einen menschlichen Körper die Stromvermeidung annähernd rückwirkungsfrei erfolgt, d.h. das beispielsweise Herzkammer flimmern vermieden wird, welches durch eine abrupte Abschaltung bei hohen Strömen möglicherweise stärker auftreten könnte. Hier kann vorteilhaft eine entsprechende Auswertung bzw. Verarbeitung unter Verwendung des Momentwertes des Differenzstromes erfolgen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und im Ausführungsbeispiel angegeben.

Vorteilhaft ist durch die mechanische Handhabe insbesondere nur die mechanische Trennkontakteinheit bedienbar. Das Ein- und Ausschalten mittels der elektronischen Unterbrechungseinheit ist nicht (direkt) am Gerät bedienbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus der Höhe des ermittelten momentanen Differenzstromes ein Effektivwert des Differenzstromes ermittelt. Der Effektivwert des Differenzstromes wird mit einem (effektiven) Differenzstromgrenzwert oder (effektiven) Differenzstrom-Zeitgrenzwert verglichen und bei Überschreitung wird eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis wie vorgeschlagen initiiert .

Dies hat den besonderen Vorteil, dass hinsichtlich eines effektiven Differenzstrom-Zeitgrenzwertes eine Auswertung erfolgt, der einer klassischen Auswertung entspricht, wie sie heute in Fehlerstromschutzschaltern gemäß dem Stand der Technik verwendet wird.

Für die Auswertung des effektiven Differenzstrom-Zeitgrenzwertes kann vorteilhaft der Effektivwert des Differenzstromes verwendet werden. Beispielsweise durch eine RMS-Wert (root mean square = Effektivwert) Ermittlung des Differenzstromes. Bei Überschreitung der entsprechenden normgemäßen (FI- Schutzschalter) Dif f erenzstrom-/Zeitgrenzwerte erfolgt die erfindungsgemäße Vermeidung des Stromflusses.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Momentwert des Differenzstromes hinsichtlich der Überschreitung der Differenzstromgrenzwerte oder Differenzstrom-Zeitgrenzwerte verwendet wird. Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine schnellere bzw . ( quasi ) Sof ortabschaltung bei betragsmäßiger Überschreitung erfolgt , wobei sofort nach einer ersten Verminderung des Di fferenzstromes eine Stromvermeidung erfolgt .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene Stromsensoreinheit vorgesehen, zur Ermittlung der Höhe eines Stromes der Leiter des Niederspannungsstromkreises . Das Schutzschaltgerät , insbesondere die Steuerungseinheit , ist derart ausgestaltet , dass bei Überschreitung von ersten Stromgrenzwerten oder ersten Strom- Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis durch einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit bei geschlossenem Zustand der Trennkontakte initiiert wird .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass neben der Di f ferenzstromerfassung und den damit verbundenen Schutz funktionen auch eine Überstrom-/Kurzschlussstromerf assung gegeben ist , so dass vorteilhaft ein kombiniertes Fehlerstrom-/Leitungs- schut z-Schut zschaltgerät gegeben ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt nach Überschreitung der Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitgrenz- werte die Vermeidung des Stromflusses innerhalb einer ersten Zeitdauer, die insbesondere kleiner als 1 ms , spezieller kleiner als 100 ps oder 10 ps ist .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass neuartig eine sehr schnelle Stromvermeidung bei einer Überstrom-/Kurzschluss- stromerf assung (Ereignis ) gegeben ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit den lastseitigen Anschlüssen zugeordnet .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine das erfindungsgemäße Verhalten des Schutzschaltgerätes unterstützende Architektur gegeben ist , da einerseits bei hochohmiger Unterbrechungseinheit der Stromfluss unterbrochen ist , das Schutzschaltgerät aber auch bei geöf fneten Kontakten weiterhin mit Energie versorgt wird, so dass weiterhin erfindungsgemäß gearbeitet werden kann .

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

Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt für ein Schutzschaltgerät beansprucht . Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch einen Mikrocontroller diesen veranlassen die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen bzw . Verfahren des Schutz- schaltgerätes durchzuführen bzw . zu unterstützen .

Insbesondere , dass bei Überschreitung von Di f ferenzstromgrenzwerten oder Di f ferenzstrom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis durch einen hochohmigen Zustand von Schaltelementen einer elektronischen Unterbrechungseinheit bei geschlossenem Zustand von Trennkontakten bei nachfolgender Unterschreitung des Betrages des Momentanwertes des Di f ferenzstromes unter einen Di f ferenzstromschwellwert initiiert wird .

Spezieller, dass die Vermeidung des Stromflusses im nächsten Nulldurchgang des Di f ferenzstromes initiiert wird .

Der Mikrocontroller ist Teil des Schutzschaltgerätes , insbesondere der Steuerungseinheit .

Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist , beansprucht .

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

Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw . 7 , als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, insbesondere auch ein Rückbezug der anhängigen Anordnungsansprüche auf den unabhängigen Verfahrensanspruch, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes , insbesondere eine Verbesserung der Sicherheit für Personen und stellen eine neues Konzept für ein Schutzschaltgerät für Di f ferenzströme ( Fehlerströme , die üblicherweise durch klassische Fehlerstromschutzschalter vermieden werden) bereit .

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

Dabei zeigt die Zeichnung :

Figur 1 eine erste Prinzipdarstellung eines Schutzschaltgerätes ,

Figur 2 eine zweite Prinzipdarstellung eines Schutzschaltgerätes .

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

- netzseitige Anschlüsse , die i . B . einen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und einen netzseitigen Phasenleiteranschluss LG umfassen,

- lastseitige Anschlüsse , die i . B . einen lastseitigen Neutralleiteranschluss NL und einen lastseitigen Phasenleiteranschluss LL umfassen,

- die Anschlüsse sind für den Niederspannungsstromkreis vorgesehen;

- an den netzseitige Anschlüssen / der Netzseite GRID ist üblicherweise eine Energiequelle angeschlossen / mit einer Energiequelle verbunden,

- an den lastseitige Anschlüssen / der Lastseite LOAD ist üblicherweise ein Verbraucher angeschlossen;

- eine ( zweipolige ) 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 Phasenleiteranschlüssen NL, LL verbunden, so dass ein Öf fnen von Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte KKN, KKL für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,

- eine , insbesondere einpolige , elektronische Unterbrechungseinheit EU, ( die bei einpoliger Aus führung 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 netzseitigen Anschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK in elektrischer Verbindung steht bzw . verbunden ist , wobei die elektronische Unterbrechungseinheit EU durch (nicht dargestellte ) halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist bzw . schaltbar ist ,

- eine Di f ferenzstromsensoreinheit ZCT , zur Ermittlung der Höhe eines (momentanen) Di f ferenzstromes der Leiter des Nie- derspannungs-stromkreises , die Di f ferenzstromsensoreinheit ZCT ist im Beispiel zwischen elektronischer Unterbrechungseinheit EU und mechanischer Trennkontakteinheit MK angeordnet , sie kann alternativ zwischen mechanischer Trennkontakteinheit MK und den lastseitigen Neutral- und Phasenleiteranschlüssen NL, LL vorgesehen ( angeordnet ) sein, ebenso alternativ zwischen elektronischer Unterbrechungseinheit EU und den netzseitige Anschlüssen NG, LG vorgesehen (angeordnet) sein. Die Differenzstromsensoreinheit ZCT ermittelt die Höhe des Differenzstromes der durch das Schutzschaltgerät geführten (zu schützenden) Leiter des Niederspannungsstromkreises. Im Beispiel bei einem Einphasenwechselstromkreis von Neutralleiter und Phasenleiter.

Die Differenzstromsensoreinheit ZCT kann ein klassischer Summenstromwandler sein. Die Primärseite des Summenstromwandlers wird durch die Leiter des Niederspannungsstromkreises (im Beispiel Phasenleiter und Neutralleiter) gebildet. Die Sekundärseite des Summenstromwandlers ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden.

- (optional) eine Stromsensoreinheit SI, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, die insbesondere im Strompfad des Phasenleiter bzw. Phasenleiterstrompfad angeordnet ist,

- (optional) eine erste Spannungssensoreinheit SUA, zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises, insbesondere der netzseitigen (GRID) Spannung bzw. der Spannung im Bereich der netzseitigen Anschlüsse LG, NG,

- (optional) eine zweite Spannungssensoreinheit SUB, zur Ermittlung der Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit EU,

- einer Steuerungseinheit SE, die mit der Differenzstromsensoreinheit ZCT, (optional) mit der Stromsensoreinheit SI, (optional) mit der ersten Spannungssensoreinheit SUA, (optional) mit der zweiten Spannungssensoreinheit SUB, mit der mechanischen Trennkontakteinheit MK und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist das Schutzschaltgerät SG, insbesondere die Steuerungseinheit SE, derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung von Differenzstromgrenzwerten oder Differenzstrom-Zeitgrenzwerten DSG1 eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis durch einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit bei geschlossenem Zustand der Trennkontakte bei nachfolgender Unterschreitung des Betrages des Momentanwertes des Differenzstromes unter einen Differenzstromschwellwert initiiert wird.

Spezieller kann bei Überschreitung von Differenzstromgrenzwerten oder Differenzstrom-Zeitgrenzwerten DSG1 eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis durch einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit bei geschlossenem Zustand der Trennkontakte im nächsten Nulldurchgang des Differenzstromes initiiert werden.

D.h. sobald eine Überschreitung von Differenzstromgrenzwerten oder Differenzstrom-Zeitgrenzwerten erkannt wird (eine entsprechende Fehlerstrom-Zeit-Grenze überschritten ist) , wird nicht sofort die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig, sondern es wird gewartet, bis der Differenzstrom sich dem nächsten Nulldurchgang ausreichend angenähert hat und erst dann, bei Unterschreitung des Betrages des Momentanwertes des Differenzstromes unter einen Differenzstromschwellwert, wird die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig. Somit kann ein elektronisches Abschalten nahe des bzw. im Strom-Nulldurchgang realisiert werden. Hiermit wird eine Rückwirkung auf den Differenzstrom hervorrufenden Personen verringert bzw. minimiert, wodurch beispielsweise das Risiko für Herzkammer flimmern verringert wird, da vermutet wird, dass ein schneller Stromabriss die Gefahr von Herzkammer flimmern verursachen könnte.

Beispielsweise kann der Differenzstrom über einen digitalen Algorithmus in der Steuerungseinheit, beispielsweise mittels einem in der Steuerungseinheit enthaltenen Microcontroller, ausgewertet werden. Sobald mittels des Algorithmus die Überschreitung von Differenzstromgrenzwerten oder Differenzstrom- Zeitgrenzwerten erkannt wird (ein Fehlerstrom erkannt wird) , wird gewartet, bis der Betrag des Momentanwertes des Differenzstromes einen Differenzstromschwellwert unterschreitet. Anschließend wird die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig, zur Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis . Dies kann durch ein Computerprogrammprodukt für einen Mikrocontroller bzw . eine Steuerungseinheit für ein Schutzschaltgerät implementiert sein .

Der Di f ferenzstromschwellwert kann beispielsweise kleiner 20 mA, kleiner 10 mA oder kleiner 5 mA sein .

Die optional vorgesehene und mit der Steuerungseinheit SE verbundene Stromsensoreinheit S I , zur Ermittlung der Höhe eines Stromes der Leiter des Niederspannungsstromkreises , kann das Schutzschaltgerät SG derart ausgestalten, dass bei Überschreitung von ersten Stromgrenzwerten ( d . h . wenn die Höhe des Stromes den (Betrag) des ersten Stromgrenzwertes überschreitet ) oder ersten Strom-Zeitgrenzwerten ( d . h . der erste Stromgrenzwert ist für eine erste Zeitdauer überschritten; d . h . wenn die Höhe des (Betrages des ) Stromes den ersten Stromgrenzwert für eine erste Zeitdauer überschreitet ) eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis durch einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit bei geschlossenem Zustand der Trennkontakte initiiert wird .

Speziell kann die Vermeidung des Stromflusses innerhalb einer ersten Zeitdauer erfolgen, die insbesondere kleiner als 1 ms , spezieller kleiner als 100 ps oder 10 ps ist .

Die mechanische Trennkontakte Einheit MK ist im Beispiel lastseitig angeordnet , die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist erfindungsgemäß netzseitig angeordnet .

Die Netzseite GRID mit der Energiequelle steht im Normal fall unter elektrischer Spannung . An der Lastseite LOAD ist üblicherweise ein elektrischer Verbraucher angeschlossen .

Dies hat den Vorteil , dass sich keine weiteren ( insbesondere unter Spannung stehenden) Teile bzw . Komponenten zwischen den Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit / lastseitigen Anschlusspunkten (APLL, APNL ) der mechanischen Trennkontakteinheit und den beiden lastseitigen Anschlüssen ( LL, NL ) befinden . So kann auf Grund dieser Architektur bzw . Konstruktion sichergestellt werden, dass bei geöf fneten Kontakten KKL, KKN in keinem Fall eine Spannung an den lastseitigen Anschlüssen LL, NL ansteht . Hierdurch wird die Sicherheit des Schutzgerätes erhöht .

Im Gegensatz dazu befinden sich bei anderen Architekturen, bei denen die mechanische Trennkontakteinheit netzseitig angeordnet , vor dem lastseitigen Anschluss häufig (nicht galvanisch getrennte ) elektronische Einheiten .

Das Schutzschaltgerät kann derart ausgestaltet sein, dass die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist . D . h . die Höhe einer Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ist ermittelbar bzw . wird ermittelt . Hierzu ist im Beispiel gemäß Figur 1 eine mit der Steuerungseinheit SE verbundene zweite Spannungssensoreinheit SUB vorgesehen, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt . Bei der Spannungsmessung durch die zweite Spannungssensoreinheit SUB kann alternativ auch die Spannung über der Serienschaltung von elektronischer Unterbrechungseinheit EU und Stromsensor S I ermittelt werden, wie in Figur 1 dargestellt . Die Stromsensoreinheit S I weist einen sehr geringen Innenwiderstand auf , so dass die Ermittlung der Höhe der Spannung nicht oder vernachlässigbar beeinträchtigt wird .

Das Schutzschaltgerät kann derart ausgestaltet sein, dass eine erste Spannungssensoreinheit SUA vorgesehen ist , die die Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises , insbesondere zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasenleiteranschluss LG ermittelt , wie in Figur 1 dargestellt .

Im Beispiel gemäß Figur 1 ist die elektronische Unterbrechungseinheit EU einpolig ausgeführt , im Beispiel im Phasenleiter . 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 geöf fnet , aber nicht geschlossen werden können, was durch einen Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet ist .

Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist durch eine mechanische Handhabe HH am Schutzschaltgerät SG bedienbar, um ein manuelles (händisches ) Öf fnen oder ein Schließen der Kontakte KKL, KKN zu schalten . Die mechanische Handhabe HH zeigt den Schalt zustand ( Of fen oder Geschlossen) der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK, insbesondere durch eine ( rein) mechanische Verbindung, am Schutzschaltgerät an . Des Weiteren kann die Kontaktstellung (bzw . die Position der Handhabe , geschlossen bzw . geöf fnet ) an die Steuerungseinheit SE übermittelbar sein . Die Kontaktstellung (bzw . die Position der Handhabe ) kann z . B . mittels eines Sensors ermittelt werden, wie einem Positionssensor . Die Kontaktstellung bzw . der Schalt zustand kann zur Steuerungseinheit SE übermittelt werden . Der Positionssensor kann ein Teil der mechanischen Trennkontakteinheit MK sein . Alternativ kann der Positionssensor eine Komponente im elektronischen ersten Teil (EPART , Figur 2 ) sein . Z . B . kann im elektronischen ersten Teil (EPART ) ein Hallsensor vorgesehen werden, der die Stellung der Kontakte oder/und der Handhabe berührungslos erfasst und übermittelt .

Die mechanische Trennkontakteinheit ist insbesondere einen normgerechte Trennkontakteinheit für Schutzschaltgeräte der Installationstechnik gemäß Norm, wobei sie den Vorschri ften für klassische Leitungsschutzschalter (MCB ) bzw . Fehlerstromschutzschalter (RCD) entspricht . 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 Trennkontakteinheit MK können durch die Handhabe HH erst bei Vorliegen der Freigabe bzw. des Freigabesignals (von der Steuerungseinheit) geschlossen werden. Ohne die Freigabe bzw. das Freigabesignal kann die Handhabe HH zwar betätigt, die Kontakte aber nicht geschlossen werden („Dauerrutscher") .

Das Schutzschaltgerät SG weist eine Energieversorgung bzw. Netzteil NT, beispielsweise ein Schaltnetzteil, auf. Insbesondere ist die Energieversorgung / Netzteil NT für die Steuerungseinheit SE vorgesehen, was durch eine Verbindung zwischen Energieversorgung / Netzteil NT und Steuerungseinheit SE in Figur 1 angedeutet ist. Die Energieversorgung / Netzteil NT ist (andererseits) mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG verbunden. In die Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG (oder/und Phasenleiteranschluss LG) kann vorteilhaft eine Sicherung SS, insbesondere Schmelzsicherung, oder ein Schalter Sch (Figur 2) vorgesehen sein.

Das Netzteil NT ist erfindungsgemäß im Normalfall ständig mit Energie versorgt, speziell von den netzseitigen Anschlüssen. Es ist ggfs. durch die Sicherung SS abgesichert bzw. kann durch den Schalter SCH abgeschaltet werden. Vorteilhafterweise kann der Schalter Sch so ausgeführt sein, dass der Schalter nur dann geöffnet werden kann, wenn sich die Kontakte im geöffneten Zustand befinden. Dies erhöht die Sicherheit des Gerätes, da die Elektronik (insbesondere die Steuerungseinheit) nicht bei geschlossenen Kontakten abgeschaltet werden kann. Die Sicherung SS hat nicht nur den Zweck, die Energieversorgung mittels des Netzteils NT abzusichern, sondern soll auch insbesondere im Falle eines zweiteiligen Aufbaus (siehe Figur 2) den „elektronischen" ersten Teil EPART bzw. dessen insbesondere gesamte Einheiten absichern (wie speziell Steuerungseinheit, elektronische Unterbrechungseinheit, ggfs. Spannungssensoreinheit ( en) , Differenzstromsensoreinheit, ggfs. Stromsensoreinheit, ggfs. Messimpedanz, etc.) .

Es kann eine Messimpedanz ZM über die Sicherung SS mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG verbunden sein.

Damit kann vorteilhaft eine dreipolige Elektronikeinheit bzw. ein elektronischer erster Teil EPART (Figur 2) realisiert werden, beispielsweise als Modul, das drei Anschlüsse hinsichtlich des Niederspannungsstromkreises aufweist, einen Neutralleiteranschluss und zwei Phasenleiteranschlüsse. Der elektronische erste Teil EPART kann weitere Anschlüsse aufweisen, insbesondere für Steuer- oder Meßinformationen, wie für ein Freigabesignal Enable / enable, Öf fnungssignal OEF, Postionsinf ormation (von der Positionseinheit POS) oder/und Differenzstromsignal (Höhe des Differenzstromes) von der Differenzstromsensoreinheit ZCT.

Die Elektronikeinheit bzw. elektronischer erster Teil EPART (Figur 2) weist beispielsweise die elektronische Unterbrechungseinheit EU, die Steuerungseinheit SE, die Energieversorgung NT (insbesondere inklusive Sicherung SS) , die Stromsensoreinheit ST, optional die erste Spannungssensoreinheit SUA oder/und optional die zweite Spannungssensoreinheit SUB auf.

Bezüglich der drei Anschlüsse hinsichtlich des Niederspannungsstromkreises des elektronischen ersten Teils EPART besteht damit der Vorteil, dass nur zwei Phasenleiteranschlüsse eine hohe Stromtragfähigkeit (mehrere Ampere, um den Laststrom zu führen) aufweisen müssen und der Neutralleiteranschluss nur eine (im Vergleich) geringe Stromtragfähigkeit (beispielsweise kleiner als 1 A, wenige mA - in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Steuerungseinheit ) aufweisen muss . Dies vereinfacht die Konstruktion und erhöht die Sicherheit des Gerätes , da bei einem Fehler im elektronischen ersten Teil EPART kein großer Kurzschlussstrom über diese Verbindung fließen kann .

Der Niederspannungsstromkreis kann ein Dreiphasenwechselstromkreis sein, mit einem Neutralleiter und drei Phasenleitern . Das Schutzschaltgerät kann hierfür als dreiphasige Variante ausgestaltet sein und beispielsweise weitere netzseitige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse aufweisen . Zwischen den weiteren netzseitigen und lastseitigen Phasenleiteranschlüssen sind in analoger Weise j eweils erfindungsgemäße elektronische Unterbrechungseinheiten und Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehen . Die j eweiligen Leiter ( drei Phasenleiter LI , L2 , L3 , Neutralleiter N) sind durch die Di f ferenzstromeinheit ZCT geführt .

Ebenso können weitere Stromsensoreinheiten / Spannungssensoreinheiten vorgesehen sein .

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

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

Figur 2 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 1 , mit dem Unterschied, dass das Schutzschaltgerät zweiteilig auf gebaut ist . Es enthält einen elektronischen ersten Teil EPART , beispielsweise auf einer Leiterplatte / Printed Circuit Board .

Der erste Teil EPART kann die Steuerungseinheit SE , die erste Spannungssensoreinheit SUA, die zweite Spannungssensoreinheit SUB, die Stromsensoreinheit S I , die elektronische Unterbrechungseinheit EU, die Energieversorgung NT , aufweisen . Ferner kann der erste Teil die Schmel zsicherung SS , einen Schalter SCH, die Meßimpedanz ZM, einen Temperatursensor TEM ( insbesondere für die elektronische Unterbrechungseinheit EU) , eine Kommunikationseinheit COM, eine Anzeigeeinheit AE , sowie als Variante eine Positionssensoreinheit POS aufweisen .

Der elektronische erste Teil EPART weist nur drei Anschlüsse zum Niederspannungsstromkreis auf :

- den netzseitigen Phasenleiter Anschluss LG als ersten Anschluss ,

- einen ( zweiten) Anschluss für den bzw . zum netzseitigen Phasenleiteranschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK,

- einen dritten Anschluss EN für eine Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG .

Die beiden Anschlüsse : zum netzseitigen Phasenleiter Anschluss LG und für den bzw . zum netzseitigen Phasenleiteranschlusspunkt APLG weisen eine hohe Stromtragfähigkeit auf , z . B . mehrere Ampere , größer als 10A / 16 A - anhängig von Nennstrom bzw . Bemessungsstrom des Niederspannungsstromkreises , insbesondere um den Laststrom auch im Kurzschluss oder Uberlastfall zu tragen .

Der dritte Anschluss EN für die Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG weist eine ( im Vergleich) geringe Stromtragfähigkeit auf , z . B . kleiner als 1A, wenige mA - in Abhängigkeit vom Energiebedarf der versorgten Einheiten, speziell im elektronischen ersten Teil EPART . Der dritte Anschluss EN ist mit einer geringen Stromtragfähigkeit ausgeführt , um das Netzteil mit Strom zu versorgen und um eine Spannungsmessung zwischen dem Phasenleiter und Neutralleiter des Niederspannungsstromkreises . Insbesondere ist dieser dritte Anschluss EN über eine Sicherung SS abgesichert . Dies kann durch eine Schmel zsicherung oder eine kostengünstige Leiterbahn-Sicherung ( dünne Leiterbahn mit entsprechender Länge und Dicke auf der Leiterplatte ) realisiert werden .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass durch die geringere Stromtragfähigkeit in dieser Leitung bzw . an diesem dritten Anschluss EN die Sicherheit gegen einen innerhalb des elektronischen ersten Teils (EPART ) (bzw . ( elektronischen) Einheiten) auftretenden Kurzschluss , z . B . auf Seiten des Netzteils bzw . der Steuerungseinheit , verbessert wird .

Das heißt , beim Aus fall oder Versagen einer elektronischen Komponente einer Einheit innerhalb des elektronischen ersten Teils EPART kann kein gefährlicher Kurzschlussstrom entstehen ( gespeist von den netzseitigen Anschlüssen LG, NG) , der zu einem Brand im Gerät führen könnte .

Dieser Kurzschlussstrom wird vom Netz über die netzseitigen Anschlüsse gespeist . Ein vorgelagerter Schutzschalter weist häufig einen viel höheren Auslösestrom auf und speist parallel vorgesehene Niederspannungsstromkreise . Bei einem Fehler im Schutzschaltgerät ( das Schutzschaltgerät des geschützten Niederspannungsstromkreis ) und auslösen des vorgelagerten Schutzschalters würden somit auch fehlerfreie parallele Stromkreise abgeschaltet werden, was somit vermieden wird .

Die Kommunikationseinheit COM kann insbesondere eine drahtlose Kommunikationseinheit sein . Die Kommunikationseinheit COM kann eine (manuelle ) Eingabeeinheit am Schutzschaltgerät aufweisen, zur (manuellen) Quittierung von Zuständen am Schutzschaltgerät SG . Die Quittierung kann auch ( drahtgebunden oder/und drahtlos ) über die Kommunikationseinheit COM erfolgen .

Ferner kann die Kommunikationseinheit COM eine Anzeigefunktion aufweisen . Ebenso kann eine separate Anzeigeeinheit vorgesehen sein .

Das Schutzschaltgerät enthält einen, insbesondere mechanischen, zweiten Teil MPART . Der zweite Teil MPART kann die mechanische Trennkontakteinheit MK, die Handhabe HH, eine Freigabeeinheit EG aufweisen . Ferner kann der zweite Teil eine Positionseinheit POS , zur Meldung der Position der Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit MK an die Steuerungseinheit , sowie die (Neutralleiter- ) Verbindung ( en) aufweisen . Der zweite Teil MPART weist die Di f ferenzstromsensoreinheit ZCT auf , wie ein Summenstromwandler, wie er beispielsweise aus klassischen Fehlerstromschutzschalter bekannt ist .

Es können weitere , nicht näher bezeichnete , Einheiten vorgesehen sein .

Durch die Zweiteilung lässt sich vorteilhaft ein erfindungsgemäßes kompaktes Schutzschaltgerät mit einer vereinfachten Konstruktion realisieren .

Die Freigabeeinheit/ Freigabefunktion FG bewirkt eine Freigabe der Betätigung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe HH, wenn ein Freigabesignal enable vorliegt . D . h . ein Schließen der Kontakte KKL, KKN durch die Handhabe ist erst bei Vorliegen des Freigabesignals enable (von der Steuerungseinheit SE ) möglich . Andernfalls ist ein Schließen nicht möglich ( Dauerrutsche der Handhabe HH) . Die Kontakte bleiben in der geöf fneten Stellung / Schalt zustand . Ferner kann die Freigabeeinheit FG ein Öf fnen der Kontakte bewirken ( zweite Funktion der Freigabeeinheit FG) , wenn ein Öf fnungssignal OEF (von der Steuerungseinheit SE ) vorliegt . Die Freigabeeinheit/ Freigabefunktion FG agiert dann als Auslöseeinheit zum Öf fnen der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK .

Das Schutzschaltgerät SG, insbesondere die Steuerungseinheit SE , ist ferner derart ausgestaltet , dass bei Überschreitung von Stromgrenzwerten oder Strom-Zeitgrenzwerten ( d . h . wenn ein Stromgrenzwert für eine bestimmte Zeitspanne überschritten wird) eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, insbesondere um einen Kurzschlussstrom zu vermeiden . Dies wird insbesondere dadurch erreicht , dass die elektronische Unterbrechungseinheit EU vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand wechselt .

Die Initiierung der Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises erfolgt beispielsweise durch ein erstes Unterbrechungssignal , dass von der Steuerungseinheit SE an die elektronische Unterbrechungseinheit EU gesendet wird . Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann alternativ oder zusätzlich durch die Steuerungseinheit SE angesteuert werden, um bei Überschreitung von Stromgrenzwerten oder Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises zu initiieren . Speziell wird hierbei ggfs . eine galvanische Trennung herbei führt . Die Initiierung der Vermeidung eines Stromflusses bzw . eine ggfs . galvanischen Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises erfolgt beispielsweise durch ein zweites Unterbrechungssignal , dass von der Steuerungseinheit SE zum mechanisches Trennkontaktsystem MK gesendet wird .

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

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

Im Sinne der Erfindung sind hierbei für die Trennerfunktion und deren Eigenschaften die Normenreihe DIN EN 60947 bzw . IEC 60947 einschlägig, auf die hier durch Referenz Bezug genommen wird . Das Schutzschaltgeräte kann als hutschienenmontierbares Schutzschaltgerät SG mit einer Breite von z.B. 1 TE, 1,5 TE bzw. 2 TE mit zweipoligen Anschlüssen (L, N) ausgestaltet sein. In der Elektroinstallation und im Schaltschrankbau wird die Breite von Einbaugeräten wie Schutzschaltgeräten, Lei- tungsschut zschaltern, Fehlerstrom-Schutzschaltern usw. in Teilungseinheiten, kurz TE, angegeben. Die Breite einer Teilungseinheit beträgt ~18 mm. Die Einbaubreite der Geräte soll nach der Norm DIN 43880: 1988-12 zwischen 17,5 und 18,0 mm liegen, oder sich aus der Multiplikation dieser Abmessung mit 0,5 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon errechnen, also: k x 0,5 x 18 mm oder k x 0,5 x 17,5 mm (mit k = 1, 2, 3, ...) . So hat zum Beispiel ein einpoliger Leitungsschutzschalter gemäß dem Stand der Technik eine Breite von 1 TE . Die Einbauten von Elektroinstallationsverteilern sind nach DIN 43871 „Installationskleinverteiler für Einbaugeräte bis 63 A" auf die Teilungseinheiten abgestimmt, z. B. die Breite von Tragschienen/ Hut schienen .

Erfindungsgemäß kann das Schutzschaltgerät SG, insbesondere die Steuerungseinheit SE, derart ausgestaltet sein, dass bei Überschreitung von effektiven Differenzstrom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses im Niederspannungsstromkreis, z.B. durch einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit bei geschlossenem Zustand der Trennkontakte initiiert wird. Die effektiven Differenzstrom-Zeitgrenzwerte können Grenzwerte gemäß einschlägigem Normen, wie DIN EN 61008-1, sein. Beispielsweise 30 mA und eine Zeit von 300 ms, 150 ms, 40 ms oder 20 ms für den Personenschutz in Europa in einem 230 Volt Niederspannungsstromkreis, 6 mA und eine ebensolche Zeit für den Personenschutz in Nordamerika, 300 mA und eine ebensolche Zeit für den Brandschutz (230 Volt Effektivwert) .

Ein momentaner Differenzstromgrenzwert kann betragsmäßig höher als der effektive Differenzstrom-Zeitgrenzwert sein. Insbesondere ist der momentane Differenzstromgrenzwert ein Wert aus dem Bereich des 2 bis 100- fachen des ef fektiven Di f fe- renzstrom-Zeitgrenzwertes .

Der momentane Di f ferenzstromgrenzwert kann beispielsweise ein Wert von 200 mA sein .

Ferner kann das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet sein, dass beispielsweise bei Erreichen eines Di f ferenzstromwertes von 200 mA eine Vermeidung des Stromflusses sofort erfolgt . Somit kann bei einem hohen Di f ferenzstrom nicht verzögert , sondern sofort abgeschaltet werden (um insbesondere die Personensicherheit zu erhöhen (unter Inkaufnahme eines möglichen Herzkammer flimmern, aber möglicherweise ohne Todes folge , da der Energieeintrag vermindert wird) ) .

Das Schutzschaltgerät SG, insbesondere die Steuerungseinheit SE , kann einem Mikrocontroller (= Mikroprozessor ) aufweisen, auf dem ein Computerprogrammprodukt läuft , umfassend Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch den Mikrocontroller diesen veranlassen ein Auslöseverhalten (wie vorstehend und nachfolgend beschrieben) für ein Schutzschaltgerät durchzuführen .

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

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

Die Steuerungseinheit SE kann :

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

* mit einer digitalen Schaltung mit analogen Schaltungsteilen realisiert sein .

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