SCHUTZEINRICHTUNG UND VERFAHREN ZU DEREN BETRIEB

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Schutzeinrichtung.

[0002] Zum Schutz von elektrischen Verbrauchern vor Überlast muss ein den oder die elektrischen Verbraucher versorgender Stromkreis automatisch unterbrochen werden können. Eine Auslösung der Unterbrechung kann dabei z.B. auf Basis einer mit einer Überlast einhergehende Erwärmung, z.B. eines mit dem Stromkreis in Verbindung stehenden Heizdrahtes, erfolgen, wobei z.B. Stromkreisunterbrecher mit Bimetall-Auslösern Verwendung finden können. Elektronische Lösungen zum Schutz vor Überlast sind z.B. Überlastrelais, welche beispielsweise Messwandler umfassen. Diese Messwandler geben ein dem Stromfluss in einer zu überwachenden Strombahn äquivalentes Signal an eine Verarbeitungseinheit weiter; auf Basis dieses Signals erfolgt eine Simulation einer Erwärmung des Verbrauchers. Überschreitet die simulierte Temperatur einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert wird eine Unterbrechung des Stromflusses in der Strombahn ausgelöst.

[0003] Die DE 195 32 197 beschreibt zum Schutz vor Überlast die Verwendung eines Stromwandlers, welcher zumindest eine primäre und zumindest eine mit dieser transformatorisch gekoppelte sekundäre Wicklung umfasst. Zur gleichzeitigen, genauen Erfassung des Nennstromes und einer Überlast ist eine Last im Sekundärzweig von einem ersten Widerstandswert auf einen zweiten Widerstandswert umschaltbar, wodurch bei Überlast eine Sättigung vermieden wird.

[0004] Aus der DE 102 53 018 ist ein Schaltgerät mit zumindest einem Stromsensor zur Erfassung des durch wenigstens einen Strompfad fließenden Stroms bekannt. Das Schaltgerät kann zudem noch zumindest einen zusätzlichen Temperatursensor umfassen, welcher eine Temperaturerhöhung, welche mit einer langsamen Erhöhung des Stroms im Falle eines Überstroms einhergeht, misst und meldet, um im Fehlerfall erkennen zu können, ob ein Überstrom oder ein Kurzschlussstrom vorliegt.

[0005] EP-A1-0762590 beschreibt den nächstliegenden Stand der Technik.

[0006] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders geeignete Vorrichtung zum Schutz vor Überlast anzugeben. Darüber hinaus soll ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer solchen Schutzeinrichtung angegeben werden.

[0007] Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bei der Schutzeinrichtung, welche zur Kombination mit einem, eine Hauptstromleitung umfassenden elektrischen Schaltgerät oder zur Integration in ein solches Schaltgerät vorgesehen ist und welche zumindest ein Schaltelement, welches als elektrisches oder mechanisches Schaltelement ausgeführt sein kann, sowie eine zur Betätigung des Schaltelements vorgesehene, von einem Stromfluss durch die Hauptstromleitung beeinflussten Schaltvorrichtung, umfasst, ist zur Beeinflussung der Schaltvorrichtung in die Hauptstromleitung zumindest ein Stromwandler integriert. Dabei kann die Hauptstromleitung eine Primärleitung des Stromwandlers bilden. Zur Beeinflussung der Schaltvorrichtung ist ein elektrischer Widerstand oder eine elektrische Leitfähigkeit zumindest einer von dem Stromwandler umfassten Sekundärwicklung messbar. Zusätzlich erfolgt die Beein- H flussung der Schaltvorrichtung auch aufgrund eines in der Sekundärwicklung induzierten Stroms erfolgen. Hierbei kann eine Gewichtung vorgesehen sein, um z.B. Umgebungseffekte zu eliminieren. Eine Nutzung der Sekundärwicklung des Stromwandlers zur Erfassung der Überlast sowie zur Ermittlung einer Temperaturänderung, insbesondere einer Temperaturerhöhung, ermöglicht eine kostengünstige und platzsparende Realisierung der Schutzeinrichtung bei gleichzeitiger Optimierung ihrer Funktion, also z.B. Schutz von Verbrauchern und Eigenschutz.

[0008] Mit dem Begriff elektrisches Schaltgerät wird hier und im Folgenden ein Schaltgerät zur Ermöglichung eines elektrischen Stromflusses und/oder Unterbrechung des elektrischen Stromflusses bezeichnet. Dabei kann das Schaltelement ein elektrisches oder mechanisches Schaltelement sein und beispielsweise mittels zumindest eines elektrisch magnetisierbaren Magnetantriebs oder eines mechanischen Schaltschlosses betätigbar sein.

[0009] Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 2. Dabei ist zum Betrieb der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung vorgesehen, dass zur Beeinflussung der Schaltvorrichtung die Messung des Widerstands der Sekundärwicklung erfolgt. Die Schaltvorrichtung zur Betätigung des Schaltelements wird ausgelöst, wenn der gemessene Widerstand oder Leitwert einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert erreicht oder über- bzw. unterschreitet. Der Schwellwert ist dabei an das Schaltgerät oder einen Verbraucher angepasst oder anpassbar. Zweckmäßige Weiterbildungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der auf diesen Anspruch rückbezogenen Unteransprüche.

[0010] Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass sich Widerstand und elektrische Leitfähigkeit eines Materials mit seiner Temperatur ändern, und dass somit aus solch einer Änderung auf eine Temperaturänderung geschlossen oder die Temperatur/die Temperaturänderung ermittelt werden kann.

[0011] Im Falle einer Überlast, welche zu einer Temperaturerhöhung führt, soll ein Stromfluss durch die Hauptstromleitung mittels der Schaltvorrichtung unterbrochen werden, um ansonsten zu besorgende Schäden zu vermeiden.

[0012] Bei einem Wandler, z.B. Messwandler, welcher sich in räumlicher Nähe zu der Hauptstromleitung befindet, ändert sich beispielsweise die Temperatur von dessen Sekundärwicklung in Abhängigkeit vom Stromfluss durch die Hauptstromleitung. Zudem oder alternativ kann eine Temperaturänderung der Sekundärwicklung aber auch bei einer allgemeinen Temperaturänderung der Umgebung erfolgen. Wird nun der Widerstand z.B. in der Sekundärwicklung des Wandlers ermittelt, also z.B. gemessen, so kann auf Basis des Messwerts, oder auf Basis der aus diesem ermitteln Temperatur oder Temperaturänderung eine Unterbrechung des Stromflusses erfolgen.

[0013] In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Widerstandsmessung zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten, insbesondere entsprechend einem vorgegebenen oder vorgebbaren Messtakt. Alternativ kann die Widerstandsmessung kontinuierlich erfolgen. Hierdurch wird eine fortlaufende Überwachung des Widerstandes und somit der Temperatur ermöglicht.

[0014] Bevorzugt ist das Schaltelement in einem das Schaltgerät einschließenden Steuerstromkreis angeordnet und bei einer Unterbrechung des Steuerstromkreises wird durch Betätigen des Schaltelements eine Unterbrechung des Stromflusses durch die Hauptstromleitung bewirkt.

[0015] In einer alternativen Ausführungsform ist das Schaltelement als Auslöser einer Schaltmechanik des Schaltgeräts, z.B. ein sogenanntes Schaltschloss, zugeordnet und eine Betätigung des Schaltelements bewirkt eine Auslösung der Schaltmechanik und eine Unterbrechung des Stromflusses durch die Hauptstromleitung.

[0016] Somit liegt der Vorteil der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen insbesondere darin, dass auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise, nämlich mittels der Widerstandsmessung in der Sekundärwicklung des der Schutzeinrichtung zugeordneten Stromwandlers, ein Schutz vor Überlast gewährleistet wird. Zudem kann eine Kombination des Schutz- und/oder Schaltgerätes mit weiteren Vorrichtungen erfolgen, z.B. zumindest einer zusätzlichen zweiten Schaltvorrichtung zur Erkennung von und zum Schutz vor Kurzschlüssen.

[0017] Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.

[0018] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0019] Darin zeigen

FIG 1

ein mit einer Schutzeinrichtung kombiniertes elektrisches Schaltgerät,

FIG 2

eine mit dem elektrischen Schaltgerät kombinierte Schutzeinrichtung,

FIG 3

eine in das elektrische Schaltgerät integrierte Schutzeinrichtung.

[0020] FIG 1 zeigt als Beispiel für ein elektrisches Schaltgerät 10, mit dem sich die Erfindung befasst, ein sogenanntes Schütz. Mit diesem ist eine Schutzeinrichtung 12 kombiniert. Das elektrische Schaltgerät 10 ist zum Schalten einer Hauptstromleitung 14 vorgesehen. Die Hauptstromleitung 14 und ein damit gebildeter Primärstromkreis erstreckt sich auch in die Schutzeinrichtung 12. Im Bereich der Schutzeinrichtung 12 ist im Bereich der Hauptstromleitung 14 eine Schaltvorrichtung 16 zur Detektion von Überstrom in der Hauptstromleitung 14 vorgesehen. Die Schaltvorrichtung 16 wirkt auf ein Schaltelement 18, das in einem die Schutzeinrichtung 12 und das elektrische Schaltgerät 10 umfassenden Steuerstromkreis 20 angeordnet ist. Auf Seiten des elektrischen Schaltgerätes 10 befindet sich im Steuerstromkreis 20 ein Magnetantrieb 22. Mittels des Magnetantriebs 22 kann bei Unterbrechung des Steuerstromkreises 20 der Primärstromkreis unterbrochen werden, indem ein auf Seiten des elektrischen Schaltgerätes 10 im Primärstromkreis befindlicher Schaltkontakt 24 aufgrund von Betätigung durch den Magnetantrieb 22 geöffnet wird.

[0021] FIG 2 zeigt eine Ausführungsform der Schutzeinrichtung 12 gemäß der Erfindung. Danach ist vorgesehen, dass in die Hauptstromleitung 14 ein Stromwandler 26 integriert ist. Dabei kann die Hauptstromleitung 14 eine Primärleitung des Stromwandlers 26 bilden. Die Schaltvorrichtung 16 wird durch den Stromwandler 26 beeinflusst, so dass es gegebenenfalls zu einer Betätigung des Schaltelements 18 und damit zum Öffnen des Schaltkontakts 24 kommt. Zur Beeinflussung der Schaltvorrichtung 16 durch den Stromwandler 26 ist vorgesehen, dass durch die Schaltvorrichtung 16 der elektrische Widerstand oder die elektrische Leitfähigkeit einer von dem Stromwandler 26 umfassten Sekundärwicklung gemessen wird. Der elektrische Widerstand oder die elektrische Leitfähigkeit der Sekundärwicklung ist abhängig von deren Temperatur, die wiederum von einem Stromfluss in der Sekundärwicklung sowie, aufgrund räumlicher Nähe von Sekundärwicklung und Hauptstromleitung 14, von der Temperatur der Hauptstromleitung 14 abhängig ist. Der Stromfluss in der Sekundärwicklung und die Temperatur der Hauptstromleitung 14 wiederum sind abhängig vom Stromfluss in der Hauptstromleitung 14, so dass der Widerstand oder die Leitfähigkeit der Sekundärwicklung ein Maß für den Stromfluss in der Hauptstromleitung 14 ist. Wenn der gemessene Widerstand oder die gemessene Leitfähigkeit einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert erreicht oder über- bzw. unterschreitet wird die Schaltvorrichtung 16 des Schaltelements 18 ausgelöst. Die Widerstandsmessung kann dabei kontinuierlich oder zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten, insbesondere entsprechend einem vorgegebenen oder vorgebbaren Messtakt, erfolgen. Die Widerstandsmessung entsprechend dem Messtakt hat dabei den Vorteil, dass Temperaturänderungen in der Sekundärwicklung aufgrund der Messung auf ein Minimum reduziert sind.

[0022] FIG 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Schutzeinrichtung 12 in das elektrische Schaltgerät 10 integriert ist. Als elektrisches Schaltgerät 10 ist hier ein Leistungsschalter gezeigt. Im Gegensatz zu dem in FIG 2 gezeigten Schütz wird hier von der Schaltvorrichtung 16 über einen nicht dargestellten, als Schaltelement 18 fungierenden Auslöser eine Schaltmechanik 28, z.B. ein sog. Schaltschloss, entklinkt, welches den Schaltkontakt 24 öffnet. In FIG 3 ist noch gezeigt, dass in die Hauptstromleitung 14 ein Kurzschlussauslöser 30 integriert ist, der ebenfalls zum Entklinken der Schaltmechanik 28 vorgesehen ist.

[0023] Damit lässt sich die Erfindung kurz wie folgt darstellen:

[0024] Angegeben wird eine Schutzeinrichtung 12 zur Kombination mit einem, eine Hauptstromleitung 14 umfassenden elektrischen Schaltgerät 10 oder zur Integration in ein solches Schaltgerät 10, mit einem Schaltelement 18 und einer zu dessen Betätigung vorgesehenen, von einem Stromfluss durch die Hauptstromleitung 14 beeinflussten Schaltvorrichtung 16, wobei zur Beeinflussung der Schaltvorrichtung 16 in die Hauptstromleitung 14 ein Stromwandler 26 integriert ist und ein elektrischer Widerstand einer von dem Stromwandler 26 umfassten Sekundärwicklung messbar ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung 12, wobei die Schaltvorrichtung 16 zur Betätigung des Schaltelements 18 ausgelöst wird, wenn der gemessene Widerstand einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert erreicht oder überschreitet.

Ansprüche

1. Schutzeinrichtung (12) zur Kombination mit einem, eine Hauptstromleitung (14) umfassenden elektrischen Schaltgerät (10) oder zur Integration in ein solches Schaltgerät (10), mit einem Schaltelement (18) und einer zu dessen Betätigung vorgesehenen, von einem Stromfluss durch die Hauptstromleitung (14) beeinflussten Schaltvorrichtung (16) wobei zur Beeinflussung der Schaltvorrichtung (16) in die Hauptstromleitung (14) ein Stromwandler (26) integriert ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltvorrichtung (16) zur Bestimmung einer Temperatur der Hauptstromleitung (14) auf Basis einer in einer von dem Stromwandler (26) umfassten Sekundärwicklung induzierten Temperatur vorgesehen ist und
dass die Temperatur auf Basis eines von der induzierten Temperatur bedingten elektrischen Widerstands der Sekundärwicklung bestimmbar ist.

2. Verfahren zum Betrieb einer Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltvorrichtung (16) zur Betätigung des Schaltelements (18) ausgelöst wird, wenn der gemessene Widerstand einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert erreicht oder überschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Widerstandsmessung zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten, insbesondere entsprechend einem vorgegebenen oder vorgebbaren Messtakt, erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Schaltelement (18) in einem das Schaltgerät (10) einschließenden Steuerstromkreis (20) angeordnet ist und wobei eine Unterbrechung des Steuerstromkreises (20) durch Betätigen des Schaltelements (18) eine Unterbrechung des Stromflusses durch die Hauptstromleitung (14) bewirkt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Schaltelement (18) als Auslöser einer Schaltmechanik (28) des Schaltgeräts (10) zugeordnet ist und wobei eine Betätigung des Schaltelements (18) eine Auslösung der Schaltmechanik (28) und eine Unterbrechung des Stromflusses durch die Hauptstromleitung (14) bewirkt.

Claims

1. Protective device (12) for combination with an electrical switching device (10) comprising a main current line (14) or for integration into such a switching device (10), with a switching element (18) and a switching facility (16) provided for its actuation influenced by a flow of current through the main current line (14), with a current transformer (26) being integrated into the main current line (14) for influencing the switching facility (16), characterized in that
the switching facility (16) is provided for determining a temperature of the main current line (14) based on a temperature induced in a secondary winding included in the current transformer (26), and
that the temperature is able to be determined on the basis of an electrical resistance of the secondary winding caused by the induced temperature.

2. Method for operating a protective device according to claim 1, wherein the switching facility (16) is triggered for actuation of the switching element (18) if the measured resistance reaches or exceeds a predetermined or predeterminable threshold value.

3. Method according to claim 2, wherein the resistance is measured at predetermined or predeterminable points in time, especially in accordance with a predetermined or predeterminable measurement cycle.

4. Method according to claim 2 or 3, wherein the switching element (18) is arranged in a control circuit (20) including the switching device (10) and wherein an interruption of the control circuit (20) by actuation of the switching element (18) causes an interruption of the current flow through the main current line (14).

5. Method according to claim 2 or 3, wherein the switching element (18) is assigned to a switching mechanism (28) of the switching device (10) as a trigger and wherein an actuation of the switching element (18) causes a triggering of the switching mechanism (28) and an interruption of the flow of current through the main current line (14).

Revendications

1. Dispositif ( 12 ) de protection, à combiner à un appareil ( 10 ) de commutation électrique comprenant une ligne ( 14 ) principale de courant ou à intégrer dans un appareil ( 10 ) de commutation de ce genre, comprenant un élément de commutation et un dispositif (16) de commutation prévu pour son actionnement ( 18 ) et influencé par un flux de courant passant dans la ligne ( 14 ) principale de courant, dans lequel, pour influencer le dispositif ( 16 ) de commutation, un convertisseur ( 26 ) de courant est intégré dans la ligne ( 14 ) principale de courant, caractérisé
en ce que le dispositif ( 16 ) de commutation est prévu pour la détermination d'une température de la ligne ( 14 ) principale de courant, sur la base d'une température induite dans un enroulement secondaire, compris par le convertisseur ( 26 ) de courant et
en ce que la température peut être déterminée sur la base d'une résistance électrique de l'enroulement secondaire conditionnée par la température induite.

2. Procédé pour faire fonctionner un dispositif de protection suivant la revendication 1, dans lequel on déclenche le dispositif ( 16 ) de commutation pour l'actionnement de l'élément ( 18 ) de commutation, lorsque la résistance mesurée atteint ou dépasse une valeur de seuil prescrite ou pouvant l'être.

3. Procédé suivant la revendication 2, dans lequel on effectue la mesure de la résistance à des instants prescrits ou pouvant l'être, notamment conformément à une cadence de mesure prescrite ou pouvant l'être.

4. Procédé suivant la revendication 2 ou 3, dans lequel on monte l'élément ( 18 ) de commutation dans un circuit ( 20 ) de commande incluant l'appareil ( 10 ) de commutation, et dans lequel une interruption du circuit (20) de commande par actionnement de l'élément ( 18 ) de commutation provoque une interruption du flux de courant passant dans la ligne ( 14 ) principale de courant.

5. Procédé suivant la revendication 2 ou 3, dans lequel on associe l'élément ( 18 ) de commutation comme déclencheur d'un mécanisme ( 28 ) de commutation de l'appareil ( 10 ) de commutation, et dans lequel un actionnement de l'élément ( 18 ) de commutation provoque un déclenchement du mécanisme ( 28 ) de commutation et une interruption du flux de courant passant dans la ligne ( 14 ) principale de courant.

Zeichnung