Schutzschaltgerät und Verfahren

Die Erfindung betri f ft das technische Gebiet eines Schutz- schaltgerätes für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen Schaltern und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen Schaltern .

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 Überstromschutzeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden . Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss . Ein Leitungsschutzschalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurzschluss selbsttätig abschalten . Ein Leitungsschutzschalter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungselement .

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

Leitungsschutzschalter sind elektromechanisch auf gebaut . In einem Gehäuse weisen sie einen mechanischen Schaltkontakt bzw . Arbeitsstromauslöser zur Unterbrechung (Auslösung) des elektrischen Stromes auf . Üblicherweise wird ein Bimetall- Schutzelement bzw . Bimetall-Element zur Auslösung (Unterbrechung) bei länger anhaltenden Überström (Überstromschutz ) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschut z ) eingesetzt . Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurz zeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Uberstrom- grenzwerts 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 .

Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit bzw . einem elektronischen Schalter sind relativ neuartige Entwicklungen . Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit / Schalter 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 / Schalter weisen ferner häufig eine mechanische Trennkontakteinheit auf , insbesondere mit Trennereigenschaften gemäß einschlägigem Normen für Niederspannungsstromkreise, wobei die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit in Serie zur elektronischen Unterbrechungseinheit / elektronischen Schaltern geschaltet sind, d.h. der Strom des zu schützenden Niederspannungsstromkreises wird sowohl über die mechanische Trennkontakteinheit 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) ist folglich der momentane Wert der Spannung zum Zeitpunkt t, d.h. bei einer sinusförmigen (periodischen) Wechselspannung der Wert der Spannung zum Phasenwinkel cp gemeint (cp = O...2n bzw. cp = 0°...360°, der jeweiligen Periode) . Analoges gilt bezüglich momentaner Stromwerte i ( t ) etc .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschaltgerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere ein neues Konzept für ein mehrphasiges Schutzschaltgerät aufzuzeigen sowie eine höhere Flexibilität für ein mehrphasiges Schutzschaltgerät zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 17 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Mehrphasen-Nieder Spannungswechsel Stromkreises mit Neutralleiter, insbesondere Dreiphasen-Niederspannungs- wechselstromkreises mit Neutralleiter, vorgeschlagen, aufweisend :

- ein Gehäuse mit einen ersten, zweiten und dritten netzseitigen Phasen-Anschluss und einem ersten, zweiten und dritten lastseitigen Phasen-Anschluss für einen ersten, zweiten und dritten Phasen-Leiter des Dreiphasen-Niederspannungswechsel- stromkreises , einem netzseitigen Neutralleiter-Anschluss und einem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss für einen Neutralleiter des Niederspannungswechselstromkreises ,

- eine erste Serienschaltung eines ersten mechanischen Pha- sen-Kontaktes und eines ersten elektronischen Schalters , eine zweite Serienschaltung eines zweiten mechanischen Pha- sen-Kontaktes und eines zweiten elektronischen Schalters , eine dritte Serienschaltung eines dritten mechanischen Pha- sen-Kontaktes und eines dritten elektronischen Schalters , wobei die erste Serienschaltung den ersten netzseitigen Phasen-Anschluss mit dem ersten lastseitigen Phasen-Anschluss , die zweite Serienschaltung den zweiten netzseitigen Phasen- Anschluss mit dem zweiten lastseitigen Phasen-Anschluss und die dritte Serienschaltung den dritten netzseitigen Phasen- Anschluss mit dem dritten lastseitigen Phasen-Anschluss elektrisch verbindet ,

- dass der netzseitige Neutralleiter-Anschluss über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt mit dem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss verbunden ist ,

- dass die mechanischen Phasen-Kontakte und der mechanische Neutralleiter-Kontakt zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam zum Öf fnen oder für einen Stromfluss gemeinsam zum Schließen schaltbar sind,

- dass die elektronischen Schalter mittels halbleiterbasierter Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss schaltbar sind,

- dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass der erste , zweite und dritte elektronische Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist .

Dies hat den Vorteil , dass die Phasenleiter unabhängig voneinander in den hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden können . Bisherige Schutzschaltgeräte , insbesondere die weit verbreiteten klassischen elektromechanischen Schutzschaltgeräte ( Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter, Fehlerstromschutzschalter ) weisen diese Möglichkeit nicht auf , da die dortige mechanische Trennkontakteinheit alle Kontakte gleichzeitig öf fnet oder schließt (mehrpolige Geräte ) .

Somit wird eine höhere Flexibilität eines Schutzschaltgerätes und ein flexibleres Schaltverhalten ermöglicht .

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

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist für j ede Serienschaltung j eweils eine Stromsensoreinheit vorgesehen, zur j eweiligen Ermittlung der Höhe des Stromes des j eweiligen Phasen-Leiters . Insbesondere , dass momentane Stromwerte ( ermittelt werden und) vorliegen . D . h . , dass eine erste , zweite und dritte Stromsensoreinheit vorgesehen ist . Dass die erste Stromsensoreinheit in der ersten Serienschaltung, die zweite Stromsensoreinheit in der zweiten Serienschaltung und die dritte Stromsensoreinheit in der dritten Serienschaltung vorgesehen ist , zur j eweiligen Ermittlung der Höhe des Stromes des ersten, zweiten und dritten Phasen-Leiters , insbesondere derart , dass momentane Stromwerte vorliegen .

In einer vorteilhaften Weiterführung dessen ist eine Steuerungseinheit vorgesehen, die mit den Stromsensoreinheiten, den mechanischen Kontakten und den elektronischen Schaltern verbunden ist . Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes in einem Phasen-Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses des betref fenden Phasen-Leiters , insbesondere für eine erste Zeitspanne, durch den betreffenden elektronischen Schalter initiiert wird.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei Überschreitung einer festgelegten Stromschwelle bzw. eines Strom-Zeitschwell- wertes (d.h. der Stromschwellwert wird für eine definierte Zeitdauer überschritten) eine selektive Unterbrechung nur des betroffenen Leiters erfolgt (bzw. der betreffenden Leiter) . In den anderen Leitern (nicht betroffenen Leitern) in einem mehrphasigen Niederspannungswechselstromkreis wird weiterhin ein Stromfluss ermöglicht.

Durch die Vermeidung für eine erste Zeitspanne erfolgt vorteilhaft ein Wiedereinschalten bzw. niederohmig werden nach der ersten Zeitspanne, so dass die Versorgungssicherheit weiter gewährleistet wird bzw. auf das Vorliegen der Überschreitung der Stromschwelle weiter geprüft werden kann. Insbesondere durch die Auswertung von Momentanwerten der Höhe des Stromes kann dies vorteilhaft durchgeführt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Zeitspanne kleiner als 20 ms, insbesondere kleiner als 10 ms.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass für eine Halbwelle bzw. Vollwelle der Spannung bzw. des Stromes im Wechselstromkreis, im Beispiel (20ms, 10ms) bezogen auf eine Netzfrequenz von 50 Hz, eine Unterbrechung erfolgt, so dass mit der nächsten Voll- bzw. Halbwelle die elektrische Versorgungssicherheit wieder gegeben wird. Insbesondere kann nach einer Unterbrechung das niederohmig werden im Bereich des nächsten Nulldurchganges (im Nulldurchgang, bzw. im Bereich von 1 ms davor oder danach) erfolgen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung mindestens eines zweiten Stromschwellwertes, insbesondere eines Effektivwertes, in mindestens einem Phasenleiter (bzw. zwei Phasen-Leitern, insbesondere in drei Phasen-Lei- tern) für mindestens eine erste Zeitdauer eine Vermeidung eines Stromflusses durch Öffnen der Kontakte initiiert wird. Der zweite Stromschwellwert kann vorteilhaft betragsmäßig höher als der erste Stromschwellwert sein .

Die erste Zeitdauer kann kleiner als 100ms , 20ms , insbesondere kleiner als 10ms sein .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass bei einen fehlerhaften niederohmig bleiben eines bzw . der elektronischen Schalter und damit folgender Überschreitung des zweiten Stromschwellwertes eine Vermeidung des Stromflusses im Niederspannungswechselstromkreises initiiert wird und somit die Sicherheit im Stromkreis erhöht wird .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mechanische Neutralleiter-Kontakt gemeinsam mit den Phasen- Kontakten öf fenbar oder schließbar . Insbesondere wird vor dem Schließen der Phasen-Kontakte der Neutralleiter-Kontakt geschlossen oder ( /und) wird nach dem Öf fnen der Phasen-Kontakte der Neutralleiter-Kontakt geöf fnet .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass der Neutralleiter-Kontakt stets stromlos öf fnet und schließt . Dies verringert den Verschleiß des Kontaktes und erhöht die Lebensdauer . Des Weiteren wird hierdurch das Auftreten eines Lichtbogens beim Öf fnen des Neutralleiter-Kontaktes vermieden .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mechanischen Phasen-Kontakte Teil einer mechanischen Trennkontakteinheit , die die Kontakte gemeinsam öf fnet oder schließt . Insbesondere weist die mechanische Trennkontakteinheit eine am Schutzschaltgerät zugängliche Handhabe auf , zum manuellen (benut zer-betätigten) Öf fnen oder Schließen der Phasen-Kontakte ( der mechanischen Trennkontakteinheit ) .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine komplette galvanische Trennung aller Phasen-Leiter gleichzeitig voll zogen wird, im Gegensatz zu einem phasenbezogenen stromflussvermeidenden hochohmig werden der elektronischen Schalter . Durch die Handhabe wird ein kompatibles Verhalten gemäß klassischer elektromechanischer Schutzschaltgeräte ermöglicht . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass die mechanische Trennkontakteinheit durch die Steuerungseinheit geöf fnet , aber nicht geschlossen werden kann . Insbesondere ist ein Schließen der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe erst nach einer Freigabe durch die Steuerungseinheit möglich .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine erhöhte Sicherheit des Schutzschaltgerätes gegeben ist , da die Steuerungseinheit die Kontakte nicht versehentlich ( fehlerhaft ) schließen kann .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die elektronischen Schalter Teil einer elektronischen Unterbrechungseinheit , wobei die elektronischen Schalter unabhängig voneinander schaltbar sind .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine kompakte elektronische Unterbrechungseinheit gegeben ist , die die elektronischen Schalter zusammenfasst , so dass ein raumsparendes Design ermöglicht wird und Synergieef fekte von Komponenten genutzt werden können .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die elektronische Unterbrechungseinheit / die elektronischen Schalter eine bidirektionale Spannungs festigkeit auf . Insbesondere ist ein Uberspannungsschut z für die halbleiterbasierten Schaltelemente vorgesehen .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Robustheit gegen Überspannungen gegeben ist und die Abschaltung eines induktiven Leitungskreises möglich ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mechanischen Phasen-Kontakte den lastseitigen Phasen-An- schlüssen und die elektronischen Schalter den netzseitigen Phasen-Anschlüssen zugeordnet .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein vorteilhaftes Design gegeben ist , das ein phasenbezogenes Schalten der elektronischen Schalter unterstützt , sowie einen Selbsttest ( insbesondere einen Selbsttest der elektronischen Schalter und der elektronischen Unterbrechungseinheit) , auch bei geöffneten Kontakten, ermöglicht. Ferner wird eine Energieversorgung des Schutzschaltgerätes, auch bei geöffneten Kontakten, sichergestellt .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen jedem Phasenleiter und dem Neutralleiter jeweils eine Spannungssensoreinheit vorgesehen ist, zur Ermittlung der Höhe der Spannung zwischen dem jeweiligen Phasen- und Neutralleiter, insbesondere das momentane Spannungswerte vorliegen. Die Spannungssensoreinheiten sind mit der Steuerungseinheit verbunden.

In einer vorteilhaften Weiterführung der Ausgestaltung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei einem durch die Steuerungseinheit initiierten niederohmig werden (insbesondere bei fehlendem Vorliegen eines Überstromereignisses, d.h. wenn der erste oder zweite Stromschwellwert nicht überschritten wird; z.B. bei einem benutzerseitig initiierten niederohmig werden) der (aller) elektronischen Schalter diese nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung (bzw. bei einer Spannung, die kleiner als 50V, 25V, insbesondere kleiner 10V ist) niederohmig werden.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Abschaltbelastung (und damit auch der Verschleiß) im elektronischen Schalter verringert wird. Des Weiteren werden hierdurch die Netzrückwirkungen reduziert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei einem durch die Steuerungseinheit initiierten hochohmig werden (insbesondere bei fehlendem Vorliegen eines Uberstromereignisses , d.h. wenn der erste oder zweite Stromschwellwert nicht überschritten wird; z.B. bei einem benutzerseitig initiierten hochohmig werden) der (aller) elektronischen Schalter diese nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung (bzw. bei einer Spannung, die kleiner als 50V, 25V, insbesondere kleiner 10V ist) hochohmig werden. Dies hat den besonderen Vorteil , dass die Netzrückwirkungen reduziert werden und die Abschaltbelastung im Schalter geringer ist .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine/die Steuerungseinheit vorgesehen, die mit den Stromsensoreinheiten, den Spannungssensoreinheiten, den mechanischen Phasen-Kontakten und den elektronischen Schaltern verbunden ist . Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass bei Überschreitung (mindestens ) des ersten Stromschwellwertes in einem Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses des betref fenden Leiters durch den betref fenden elektronischen Schalter initiiert wird . Beim nächsten oder übernächsten Nulldurchgang der Spannung wird der elektronische Schalter wieder niederohmig, um einen Stromfluss zu ermöglichen .

Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine erhöhte Robustheit gegen Fehlauslösungen erreicht wird und somit eine erhöhte elektrische Versorgungssicher erreicht wird .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung für den Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises , womit vorteilhaft eine Lösung für ein klassisches Drehstrom-Netz gegeben ist , weist das Schutzschaltgerät mindestens die folgenden Schalt zustände auf :

-alle mechanischen Phasen-Kontakte geöf fnet , alle elektronischen Schalter hochohmig,

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig,

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig,

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der erste elektronische Schalter niederohmig, der zweite und dritte elektronische Schalter hochohmig,

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der zweite elektronische Schalter niederohmig, der erste und dritte elektronische Schalter hochohmig,

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste und zweite elektronische Schalter hochohmig .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung für den Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises weist das Schutzschaltgerät mindestens die folgenden Schalt zustande auf :

-alle mechanischen Phasen-Kontakte geöf fnet , alle elektronischen Schalter hochohmig,

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig,

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig,

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der erste und zweite elektronische Schalter niederohmig, der dritte elektronische Schalter hochohmig,

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der erste und dritte elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter hochohmig,

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der zweite und dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter hochohmig .

Die beiden vorteilhaften Ausgestaltungen, bzw . die Kombination beider, haben den besonderen Vorteil , dass neue Schaltzustände eines Schutzschaltgerätes gegeben sind, um individuell und flexibler auf Überstrombedingungen (Kurzschlussstrombedingungen) zu reagieren . So wird nicht mit einer Abschaltung aller Phasen reagiert , sondern es kann phasenbezogen gehandelt werden, so dass eine höhere Versorgungssicherheit im Niederspannungsstromkreis ermöglicht wird .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Schutzschaltgerät mindestens den folgenden Schaltzustand auf :

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geöf fnet , ein Teil der elektronischen Schalter niederohmig, der andere Teil der elektronischen Schalter hochohmig, insbesondere das ein elektronischer Schalter niederohmig ist und die anderen elektronischen Schalter hochohmig sind, alternativ oder zusätzlich, dass insbesondere zwei elektronische Schalter niederohmig sind und der andere elektronische Schalter hochohmig ist .

Alternativ oder zusätzlich kann das Schutzschaltgerät den folgenden Schalt zustand aufweisen :

- alle mechanischen Phasen-Kontakte geöf fnet , alle elektronischen Schalter niederohmig .

Insbesondere werden diese Schalt zustände dann vorgesehen, wenn j eweils zwischen einem Phasenleiter und dem Neutralleiter ein Messwiderstand vorgesehen ist . Dazu sind in einer Ausgestaltung zwischen dem ersten Phasenleiter LI und dem Neutralleiter N ein erster Messwiderstand, zwischen dem zweiten Phasenleiter L2 und dem Neutralleiter N ein zweiter Messwiderstand und zwischen dem dritten Phasenleiter L3 und dem Neutralleiter N ein dritter Messwiderstand vorgesehen .

Diese Schalt zustände sind vorteilhaft für die Überprüfung der Ein- oder Ausschaltbarkeit der elektronischen Schalter vorgesehen . D . h . die elektronischen Schalter werden bei geöf fneten mechanischen Phasen-Kontakten kurz zeitig eingeschaltet , um eine Überprüfung der Funktions fähigkeit (hinsichtlich Einoder ( /und) Ausschaltbarkeit ) durchzuführen . Hierbei fließt über die j eweiligen Messwiderstände ein Messstrom .

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

Das Verfahren für ein Schutzschaltgerät ( SG) zum Schutz eines elektrischen Dreiphasen-Nieder Spannungswechsel Stromkreises mit Neutralleiter weist auf :

- Serienschaltungen eines mechanischen Phasen-Kontaktes und eines elektronischen Schalters , wobei j eweils eine Serienschaltung einen netzseitigen Phasen- Anschluss mit einen lastseitigen Phasen-Anschluss elektrisch verbindet ,

- dass ein netzseitiger Neutralleiter-Anschluss über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt mit einem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss verbunden ist ,

- dass die mechanischen Kontakte zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam geöf fnet oder für einen Stromfluss gemeinsam geschlossen werden können,

- dass die elektronischen Schalter mittels halbleiterbasierter Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss geschaltet werden können, dass die elektronischen Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden können, um (vorteilhaft ) einen phasenleiterabhängigen Stromfluss zu vermeiden oder zu ermöglichen .

Vorteilhaft wird die Höhe des Stromes der j eweiligen Serienschaltung ermittelt und bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes in einer Serienschaltung wird eine Vermeidung eines Stromflusses der betref fenden Serienschaltung, insbesondere für eine erste Zeitspanne , durch den betref fenden elektronischen Schalter initiiert .

Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw . 17 , als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, insbesondere auch ein Rückbezug der anhängigen Anordnungsansprüche auf den unabhängigen Verfahrensanspruch, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes , insbesondere eine Verbesserung der Sicherheit des 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 Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden .

Dabei zeigt die Zeichnung :

Figur 1 eine erste Darstellung eines Schutzschaltgerätes ,

Figur 2 eine zweite Darstellung eines Schutzschaltgerätes , Figur 3 eine dritte Darstellung eines Schutzschaltgerätes . Figur 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines im Beispiel 4-poligen, d . h . z . B . für 3-Phasenleiter und einen Neutralleiter, Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Dreiphasen-Nieder Spannungswechsel Stromkreises mit Neutralleiter, aufweisend :

- ein Gehäuse GEH mit einem ersten, zweiten und dritten netzseitigen Phasen-Anschluss LG1 , LG2 , LG3 und einem ersten, zweiten und dritten lastseitigen Phasen-Anschluss LL1 , LL2 , LL3 , für den ersten, zweiten und dritten Phasen-Leiter LI , L2 , L3 des Niederspannungswechselstromkreises , einem netzseitigen Neutralleiter-Anschluss NG und einem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss NL für einen Neutralleiter N des Niederspannungswechselstromkreises , an der Netzseite Grid ist üblicherweise eine Energiequelle angeschlossen, an der Lastseite Load ist üblicherweise ein Verbraucher angeschlossen .

Im Gehäuse GEH :

- eine erste Serienschaltung SS I eines ersten mechanischen Phasen-Kontaktes Kl und eines ersten elektronischen Schalters Sl , eine zweite Serienschaltung SS2 eines zweiten mechanischen Phasen-Kontaktes K2 und eines zweiten elektronischen Schalters S2 , eine dritte Serienschaltung SS3 eines dritten mechanischen Phasen-Kontaktes K3 und eines dritten elektronischen Schalters S3 , wobei (gehäuseintern) : die erste Serienschaltung SSI den ersten netzseitigen Phasen- Anschluss LG1 mit dem ersten lastseitigen Phasen-Anschluss LL1, die zweite Serienschaltung SS2 den zweiten netzseitigen Phasen-Anschluss LG2 mit dem zweiten lastseitigen Phasen-Anschluss LL2 und die dritte Serienschaltung SS3 den dritten netzseitigen Phasen-Anschluss LG3 mit dem dritten lastseitigen Phasen-Anschluss LL3 elektrisch verbindet,

- der netzseitige Neutralleiter-Anschluss (NG) ist über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt (KN) mit dem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss (NL) verbunden,

- die mechanischen Phasen-Kontakte Kl, K2, K3 und der mechanische Neutralleiter-Kontakt KN sind gemeinsam schaltbar, d.h. werden zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam geöffnet oder für einen Stromfluss gemeinsam geschlossen, d.h. die mechanischen Kontakte sind über eine mechanische Kopplung (z.B. Schaltwelle) miteinander verbunden,

- die elektronischen Schalter SI, S2, S3 sind mittels halbleiterbasierter Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss schaltbar .

Erfindungsgemäß ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass der erste, zweite und dritte elektronische Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar sind. D.h. der erste, zweite und dritte elektronische Schalter werden unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet. Insbesondere um einen phasenleiterabhängigen Stromfluss zu vermeiden oder zu ermöglichen.

Gemäß Figur 1 sind eine erste, zweite und dritte Stromsensoreinheit Sil, SI2, SI3 vorgesehen. Die erste Stromsensoreinheit Sil ist in der ersten Serienschaltung SSI, die zweite Stromsensoreinheit SI2 ist in der zweiten Serienschaltung SS2 und die dritte Stromsensoreinheit SI3 ist in der dritten Serienschaltung SS3 vorgesehen bzw . angeordnet , zur j eweiligen Ermittlung der Höhe des Stromes des ersten, zweiten und dritten Phasen-Leiters , insbesondere , dass momentane Stromwerte vorliegen .

Der erste mechanische Phasen-Kontakt Kl , der zweite mechanische Phasen-Kontakt K2 und der dritte mechanische Phasen-Kontakt K3 sowie der mechanische Neutralleiter-Kontakt KN sind gemäß Figur 1 Teil einer mechanischen Trennkontakteinheit MK, die die Phasen-Kontakte Kl , K2 , K3 und den Neutralleiter-Kontakt KN gemeinsam öf fnet oder schließt . Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann eine am Schutzschaltgerät zugängliche Handhabe HH aufweisen, zum manuellen ( durch eine Person betätigten) Öf fnen oder Schließen der Kontakte . Die mechanische Trennkontakteinheit MK entspricht beispielsweise einer klassischen Einheit , wie sie von elektromechanischen Schutzschaltgeräten ( Leitungsschutzschaltern, Leistungsschaltern) bekannt ist ( allerdings erfindungsgemäß ohne Elemente zur Überstrom- oder Kurzschlusserkennung, wie Bimetallauslöser etc . ) .

Das Schutzschaltgerät ist insbesondere derart ausgestaltet , dass die mechanische Trennkontakteinheit MK durch eine Steuerungseinheit SE geöf fnet , aber nicht geschlossen werden kann . Insbesondere ist ein Schließen der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch die Handhabe HH erst nach einer Freigabe durch die Steuerungseinheit SE möglich ist . Hierfür kann eine Freigabeeinheit LC vorgesehen sein . D . h . durch die Handhabe HH können erst bei Vorliegen der Freigabe bzw . eines Freigabesignals (von der Steuerungseinheit ) die Kontakte geschlossen werden . Ohne die Freigabe bzw . das Freigabesignal kann die Handhabe HH zwar betätigt , die Kontakte aber nicht geschlossen werden ( „Dauerrutscher" ) .

Die Freigabeeinheit LC kann ferner derart ausgestaltet sein, dass ein Öf fnen der Kontakte Kl , K2 , K3 , KN der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch ein Steuersignal der Steuerungseinheit SE möglich ist , wie in Figur 1 durch einen Pfeil von der Steuerungseinheit SE zu Freigabeeinheit LC angedeutet . Gemäß Figur 1 sind die mechanischen Kontakte Kl, K2, K3, KN den lastseitigen Phasen-Anschlüssen / der Lastseite Load und die elektronischen Schalter SI, S2, S3 den netzseitigen Phasen-Anschlüssen / Netzseite Grid zugeordnet.

Der netzseitige Neutralleiter-Anschluss NG ist über den Neutralleiter-Kontakt KN mit dem lastseitigen Neutralleiter- Anschluss NL verbunden. Eine elektronische Unterbrechungseinheit ist in diesem Beispiel im Neutralleiter-Pfad im Gehäuse des Schutzschaltgerätes nicht vorgesehen. D.h. Die Neutralleiterverbindung zwischen netzseitigen Neutralleiter-Anschluss NG und lastseitigen Neutralleiter-Anschluss NL ist frei von elektronischen Schaltern (elektronikschalterfrei) .

Speziell kann die mechanische Trennkontakteinheit MK derart ausgestaltet sein, dass vor dem Schließen der Phasen-Kontakte Kl, K2, K3 der Neutralleiter-Kontakt KN geschlossen wird. Analog kann nach dem Öffnen der Phasen-Kontakte Kl, K2, K3 der Neutralleiter-Kontakt KN geöffnet werden.

Der erste elektronische Schalter Sl, der zweite elektronische Schalter S2 und der dritte elektronische Schalter S3 können Teil einer elektronischen Unterbrechungseinheit EU sein, wobei die elektronischen Schalter SI, S2, S3 unabhängig voneinander schaltbar sind.

Die elektronische Unterbrechungseinheit / die elektronischen Schalter können eine bidirektionale Spannungsfestigkeit aufweisen. Speziell ist ein Uberspannungsschut z für die halbleiterbasierten Schaltelemente vorgesehen, um die Spannungen zu begrenzen und somit einen Schutz für die halbleiterbasierten Schaltelemente zu haben.

Es ist eine Steuerungseinheit SE vorgesehen (wie schon teilweise erwähnt) , die mit den Stromsensoreinheiten Sil, SI2, SI3, den mechanischen Kontakten Kl, K2, K3, KN bzw. der mechanischen Trennkontakteinheit MK (wie in Figur 1 eingezeichnet) und den elektronischen Schaltern SI, S2, S3 verbunden ist.

Die Stromsensoreinheiten Sil, SI2, SI3 ermitteln jeweils die Höhe des Stromes ihres jeweiligen Leiters, so dass insbesondere Momentanwerte des Stromes vorliegen.

Bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes, insbesondere eines Momentanwertes des Stromes, in einem Leiter wird eine Vermeidung des Stromflusses des betreffenden Leiters durch hochohmig werden des elektronischen Schalters initiiert .

Das hochohmig sein kann insbesondere für eine erste Zeitspanne erfolgen. Nach der ersten Zeitspanne kann der betreffende elektronische Schalter wieder niederohmig werden. Die erste Zeitspanne kann insbesondere kleiner als 20 ms, speziell kleiner als 10 ms sein (speziell bezugnehmend auf ein 50 Hz Niederspannungswechselstromkreis) .

Das niederohmig werden kann alternativ oder zusätzlich insbesondere im nächsten Nulldurchgang bzw. vor oder nach dem Nulldurchgang der Spannung erfolgen. (Alle 3 Optionen: im Nulldurchgang, vor dem Nulldurchgang oder nach dem Nulldurchgang (beispielsweise innerhalb einer Millisekunde / 1 ms) - sind möglich, bzw. bei betragsmäßiger Unterschreitung einer Spannungsschwelle, insbesondere 50 V, 25 V oder 10 V.

Das Schutzschaltgerät kann derart ausgestaltet sein, dass bei Überschreitung eines zweiten Stromschwellwertes, der insbesondere ein Effektivwert sein kann, in mindestens einem Phasenleiter (bzw. zwei Phasen-Leitern, insbesondere in drei Phasen-Leitern) für mindestens eine erste Zeitdauer eine Vermeidung eines Stromflusses durch Öffnen der Kontakte initiiert wird. Die erste Zeitdauer ist kleiner 100ms, 10ms oder spezieller 1ms.

Der zweite Stromschwellwert kann vorteilhaft betragsmäßig größer kleiner als der erste Stromschwellwert sein.

Es kann eine Differenzstromsensoreinheit ZCT vorgesehen sein, wie z.B. in Figur 1 eingezeichnet, zur Erfassung von Differenzströmen des Niederspannungswechselstromkreises, wie sie z.B. aus Fehlerstromschutzschaltern bekannt ist. Die Differenzstromsensoreinheit ZCT ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden .

Die Stromsensoreinheiten Sil, SI2, SI3 sind im Beispiel gemäß Figur 1 zwischen netzseitigen Anschlüssen LG1, LG2, LG3 der Serienschaltung des elektronischen Schalters SI, S2, S3 und dem mechanischen Phasen-Kontakt Kl, K2, K3 angeordnet. Konkret zwischen netzseitigen Anschlüssen LG1, LG2, LG3 und den elektronischen Schaltern SI, S2, S3. Die Stromsensoreinheiten Sil, SI2, SI3 können auch anderweitig angeordnet sein. Z.B. zwischen elektronischen Schalter SI, S2, S3 und mechanischen Phasen-Kontakt Kl, K2, K3. Analoges gilt für die Differenzstromsensoreinheit .

Figur 2 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 1, mit den nachfolgenden Unterschieden.

Zum einen ist eine Energieversorgung NT, wie beispielsweise ein Netzteil vorgesehen, zur Energieversorgung des Schutz- schaltgerätes SG, insbesondere der Steuerungseinheit SE .

Die Energieversorgung NT ist im Beispiel einerseits mit den Phasenleitern LI, L2, L3 sowie dem Neutralleiter N verbunden. Sie kann auch nur mit einem Teil der Leiter (mindestens zwei) zur Energieversorgung verbunden sein. Die Energieversorgung NT ist im Beispiel andererseits mit der Steuerungseinheit SE verbunden, zu dessen Energieversorgung.

Zum anderen ist die Steuerungseinheit SE zusammengefasst mit den elektronischen Schaltern SI, S2, S3 und den Stromsensoreinheiten Sil, SI2, SI3, wie in Figur 2 dargestellt .

Weiterhin ist zwischen jedem Phasenleiter und dem Neutralleiter jeweils eine Spannungssensoreinheit vorgesehen ist. Zwischen ersten Phasenleiter LI und Neutralleiter N ist eine erste Spannungssensoreinheit SUI, zwischen zweiten Phasenleiter L2 und Neutralleiter N ist eine zweite Spannungssensoreinheit SU2 und zwischen dritten Phasenleiter L3 und Neutralleiter N ist eine dritte Spannungssensoreinheit SU3 vorgesehen, zur Ermittlung der Höhe der Spannung zwischen dem jeweiligen Phasen- und Neutralleiter, insbesondere das momentane Spannungswerte vorliegen. Die Spannungssensoreinheiten SUI, SU2, SU3 sind mit der Steuerungseinheit SE verbunden .

Bei einem durch die Steuerungseinheit SE initiierten niederohmig werden der elektronischen Schalter SI, S2, S3, beispielsweise :

- bei einem benutzerseitig initiierten niederohmig werden oder

- bei einem durch das Schutzschaltgerät initiierten niederohmig werden, speziell bei fehlendem Vorliegen eines Überstromereignisses (d.h. wenn der erste oder zweite Stromschwellwert nicht überschritten wird) , z.B. wenn eine interne Überprüfungsfunktion (zur internen Überprüfung) des Schutzschaltgerätes ein niederohmig werden initiiert,

=> können vorteilhaft die elektronischen Schalter nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung niederohmig werden (z.B. in der Nähe des Spannungsnulldurchganges, definiert durch eine betragsmäßige Unterschreitung der Spannung von z.B. 50 V, 25 V oder 10 V) .

Bei einem durch die Steuerungseinheit SE initiierten hochohmig werden der elektronischen Schalter SI, S2, S3, beispielsweise :

- bei einem benutzerseitig initiierten hochohmig werden oder

- bei einem durch das Schutzschaltgerät initiierten hochohmig werden, speziell bei fehlendem Vorliegen eines Überstromereignisses (d.h. wenn der erste oder zweite Stromschwellwert nicht überschritten wird) , z.B. wenn eine interne Überprüfungsfunktion (zur internen Überprüfung) des Schutzschaltgerätes ein hochohmig werden initiiert,

=> können vorteilhaft die elektronischen Schalter nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung (z.B. in der Nähe des Spannungsnulldurchganges, definiert durch eine betragsmäßige Unterschreitung der Spannung von z.B. 50 V, 25 V oder 10V) hochohmig werden.

Die Spannungssensoreinheiten SUI, SU2, SU3 sind hierzu, wie bereits genannt, mit der Steuerungseinheit SE verbunden, die ferner mit den Stromsensoreinheiten Sil, SI2, SI3, den mechanischen Phasen-Kontakten Kl, K2, K3 (bzw. mechanische Trennkontakteinheit MK) und den elektronischen Schaltern (SI, S2, S3) verbunden ist. Das Schutzschaltgerät kann ferner vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes (speziell Momentanwert des Stromes) in einem Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses des betreffenden Leiters durch den betreffenden elektronischen Schalter initiiert wird. Beim nächsten oder übernächsten Nulldurchgang der Spannung wird der elektronische Schalter wieder niederohmig, um einen Stromfluss zu ermöglichen .

Dies kann für mehrere Male erfolgen, bis eine erste Anzahl an Wiederholungen überschritten ist. Dann können: a) alle elektronischen Schalter hochohmig werden, oder (/und) b) die Kontakte geöffnet werden (galvanische Trennung) .

Figur 3 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 2, mit dem Unterschied, dass jeweils zwischen einem Phasenleiter und dem Neutralleiter ein Messwiderstand vorgesehen ist. Dazu sind zwischen dem ersten Phasenleiter LI und dem Neutralleiter N ein erster Messwiderstand RI (bzw. Messimpedanz) , zwischen dem zweiten Phasenleiter L2 und dem Neutralleiter N ein zweiter Messwiderstand R2 (bzw. Messimpedanz) und zwischen dem dritten Phasenleiter L3 und dem Neutralleiter N ein dritter Messwiderstand R3 (bzw. Messimpedanz) vorgesehen.

So kann eine Überprüfung des Schaltverhaltens der elektronischen Schalter SI, S2, S3 mittels der Messwiderstände RI, R2, R3 (die auch als Messimpedanzen, d.h. z.B. als Widerstands- /Kapazitäts- oder/und Induktivitäts-Kombinationen ausgeführt sein können) durchgeführt werden, beispielsweise durch kurzzeitiges Einschalten (ps, ms oder kleiner Sekunden-Bereich) der elektronischen Schalter bei geöffneten Kontakten, wobei ein dem Messwiderstand (der Messimpedanz) entsprechender Messstrom (bei jeweiligen Momentanwerten der Spannung) vorgesehen und überprüfbar ist. Dies kann durch kurzzeitiges Einschalten eines elektronischen Schalters erfolgen, um einen Messstrom über den jeweiligen Messwiderstand zwischen Phasen- und Neutralleiter zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann dies auch durch kurzzeitiges Einschalten zweier elektronischer Schalter erfolgen, um einen Messstrom über zwei Phasenleiter (zwei Messwiderstände) zu erzeugen.

Die (optionale) Differenzstromsensoreinheit ZCT ist in diesem Beispiel nicht vorgesehen (könnte aber ebenso 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.

Die elektronischen Schalter SI, S2, S3, bzw. die elektronische Unterbrechungseinheit EU kann Halbleiterbauelemente wie Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren (FET) , Isolated Gate Bipolartransistoren (IGBT) , Metall Oxid Schicht Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder andere (selbstgeführte) Leistungshalbleiter aufweisen. Insbesondere IGBT's und MOSFET' s eignen sich auf Grund geringer Durchflusswiderstände, hoher Sperrschichtwiderstände und eines guten Schaltverhaltens besonderes gut für die elektronischen Schalter (als halbleiterbasierte Schaltelemente) . Das erfindungsgemäße Schutzschaltgerät enthält somit elektronische und mechanische Komponenten . Die sinnvolle Anordnung aller benötigter Komponenten für einen sicheren Betrieb ist ein Punkt . Des Weiteren sind mehrere Schaltkombinationen durch die Kombination von elektronischem Schalter und mechanischen Kontakten möglich .

Das Schutzschaltgerät verfügt im Beispiel über j eweils vier netzseitige und vier lastseitige Anschlüsse . Im Gerät befindet sich im Beispiel ein 4-poliges mechanisches Trennkontaktsystem . Die Kontakte sind miteinander mechanisch gekoppelt und können nur gemeinsam geöf fnet oder geschlossen werden .

In den Phasen-Leitern befindet sich in Serie zum mechanischen Kontakt ein elektronischer Schalter . Diese werden, anders als die mechanischen Kontakte , unabhängig voneinander ein- oder ausgeschaltet . Des Weiteren ist in den Phasen-Leitern (nicht im Neutral-Leiter N) eine Stromsensoreinheit vorgesehen .

Ein konventionelles z . B . dreipoliges oder vierpoliges Schutzgerät hat heute ( im Wesentlichen) nur zwei Schalt zustände : Ein oder Aus .

Erfindungsgemäß werden, im Beispiel für ein vierpoliges ( für z . B . 3-Phasenleiter und einen Neutralleiter ) Schutzschaltgerät weitere Schalt zustände vorgeschlagen, siehe nachfolgenden Tabelle .

Neben den heute bekannten Schalt zuständen Aus (OFF) , Ein (ON) , gibt es weitere Zustände wie Bereitschaft (Standby) , Hybrid 1, 2, 3, Hybrid 12, 13, 23. Des Weiteren sind Testzustände (Test 1, Test 2, Test 3, optional Test 4) für die elektronischen Schalter vorhanden.

Durch die neuen hybriden Schalt zustande kann das Schutzschaltgerät anders als bisher auf spezielle Lastfälle oder Fehlerfälle reagieren. Es kann somit von Vorteil sein, in einem bestimmten Fehlerfall nur einen oder auch zwei der enthaltenen elektronischen Schalter in den hochohmigen (Aus) Zustand zu bringen. Auch beim Ein- und Ausschalten von Lasten kann es von Vorteil sein, eine Schaltsequenz durchzuführen, in der zweitweise nur einer oder auch zwei der enthaltenen elektronischen Schalter einzuschalten.

Das Einschalten kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die elektronischen Schalter nacheinander im Nulldurchgang der Spannung eingeschaltet werden (also nicht zum gleichen Zeitpunkt, sondern zu zeitlich versetzten Zeitpunkten, z.B. zum jeweiligen Nulldurchgang der Spannung der jeweiligen Phase / des jeweiligen Phasenleiters (die z.B. um 120° phasenverschoben sind) .

Ebenso könnte analog ein Ausschaltvorgang verlaufen.

Dadurch lassen sich reduzierte Netzrückwirkungen erreichen und die Ausschaltbelastung im Schaltgerät (insbesondere im elektronischen Schalter) reduzieren.

Überstromereignisse (Überschreitung Stromschwellwert) lassen sich pro Phase / Phasenleiter behandeln. So werden auch die elektronischen Schalter vor einer Überlast geschützt.

Ebenso können Phasen kurz, beispielsweise zu Testzwecken, weggeschaltet (hochohmig) werden.

Die Anzahl der hybriden Zustände bzw. der in einer Zeiteinheit auftretenden hybriden Zustände kann gezählt werden und bei Überschreitung einer Grenzanzahl, können alle elektronischen Schalter hochohmig werden (oder (/und) die mechanischen Kontakte geöffnet werden) .

Bei einphasigen Verbrauchern kann eine höhere Verfügbarkeit bereitgestellt werden (Fehler nur auf einer Phase, Wegschalten nur der einen Phase, Weiterbetreiben der anderen Phasen) .

Das Schutzschaltgerät weist folglich in einer Variante mindestens die folgenden Schalt zustände auf:

-(1) alle mechanischen Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig,

-(2) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig,

-(3) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig,

-(4) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste elektronische Schalter niederohmig, der zweite und dritte elektronische Schalter hochohmig,

-(5) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite elektronische Schalter niederohmig, der erste und dritte elektronische Schalter hochohmig,

-(6) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste und zweite elektronische Schalter hochohmig.

Das Schutzschaltgerät weist folglich in einer weiteren Variante mindestens die folgenden Schalt zustande auf:

-(1) alle mechanischen Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig,

-(2) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig,

-(3) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig,

-(7) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und zweite elektronische Schalter niederohmig, der dritte elektronische Schalter hochohmig,

-(8) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und dritte elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter hochohmig,

-(9) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite und dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter hochohmig.

Das Schutzschaltgerät weist folglich in einer weiteren Variante die folgenden Schalt zustände auf:

-(1) alle mechanischen Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig,

-(2) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig,

-(3) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig,

-(4) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste elektronische Schalter niederohmig, der zweite und dritte elektronische Schalter hochohmig,

-(5) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite elektronische Schalter niederohmig, der erste und dritte elektronische Schalter hochohmig, -(6) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste und zweite elektronische Schalter hochohmig,

-(7) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und zweite elektronische Schalter niederohmig, der dritte elektronische Schalter hochohmig,

-(8) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und dritte elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter hochohmig,

-(9) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite und dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter hochohmig.

Das Schutzschaltgerät weist folglich in einer Variante weiterhin mindestens einen Teil (oder alle) der folgenden Schalt zustande auf:

-(10) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der erste elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter und der dritte elektronische Schalter hochohmig,

-(11) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der zweite elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter und der dritte elektronische Schalter hochohmig,

-(12) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter und der zweite elektronische Schalter hochohmig,

-(13) alle mechanischen Phasen-Kontakte geöffnet, der erste, zweite und dritte elektronische Schalter niederohmig.

Das Schutzschaltgerät kann ferner folglich als Beispiel in einer Variante weiterhin mindestens einen (oder alle) der folgenden Schalt zustände aufweisen:

-(14) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der erste elektronische Schalter und der zweite elektronische Schalter niederohmig, der dritte elektronische Schalter hochohmig,

-(15) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der zweite elektronische Schalter und der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter hochohmig,

-(16) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der erste elektronische Schalter und der dritte elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter hochohmig .

Allgemein ist das Schutzschaltgerät beispielsweise durch mindestens den folgenden neuen Schalt zustand gekennzeichnet :

- alle mechanischen Kontakte geschlossen, ein Teil der elektronischen Schalter niederohmig, der andere Teil der elektronischen Schalter hochohmig .

Mit mechanischem Kontakt bzw . mechanischer Trennkontakteinheit MK ist insbesondere eine (normgerechte ) Trennfunktion gemeint , realisiert durch die Trennkontakteinheit MK . Mit Trennfunktion sind die Punkte : -Mindestluf tstrecke nach Norm (Mindestabstand der Kontakte ) , -Kontaktstellungsanzeige der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit , -Betätigung / Unterbrechung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit ( durch die Steuerungseinheit ) immer möglich ( keine ( dauerhafte ) Blockierung der Kontakte in den geschlossenen Zustand durch die Handhabe möglich) , gemeint .

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

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

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

Vorteilhafterweise kann die Mindestluf tstrecke die folgenden Werte aufweisen:

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

Tabelle 13 - Mindestluftstrecken

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

Mit mechanischer Trennkontakteinheit ist insbesondere kein Relaiskontakt gemeint .

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 wer- den, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .