Schaltgerät zum Schalten eines Kondensators

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät zum Schalten eines Kondensators mit einem Schütz (2) und einem mit dem Schütz (2) verbundenen Hilfsschalter (1), wobei der Hilfsschalter (1) Hilfsschalterfestkontakte (4), eine Hilfsschalterkontaktbrücke (3) und einen Hilfsschalterkontaktbrückenträger (5), welcher die Hilfsschalterkontaktbrücke (3) beweglich lagert, aufweist und das Schütz (2) Schützfestkontakte (7), eine Schützkontaktbrücke (6), einen Schützkontaktbrückenträger (8), welcher die Schützkontaktbrücke (6) beweglich lagert, und eine Spule (20) aufweist, wobei der Hilfsschalterkontaktbrückenträger (5) mit dem Schützkontaktbrückenträger (8) derart in Wirkverbindung steht und derart ausgebildet ist, dass bei einem Einschalten des Schützes (2) die Hilfsschalterkontaktbrücke (3) und die Schützkontaktbrücke (6) zunächst in eine erste Position ausgelenkt werden, in welcher lediglich die Hilfsschalterkontaktbrücke (3) mit den Hilfsschalterfestkontakten (4) elektrisch leitend verbunden ist, und anschließend in eine zweite Position ausgelenkt werden, in welcher die Schützkontaktbrücke (6) mit den Schützfestkontakten (7) elektrisch leitend verbunden ist, wobei zum Einschalten des Schützes (2) die Spule (20) mit einem Spulenstrom zu erregen ist. Um ein verbessertes Schaltgerät zum Schalten von einem Kondensator bereitzustellen, insbesondere soll ein optimiertes Zuschalten eines dem Schaltgerät nachgeschalteten Kondensators an ein Versorgungsnetz ermöglicht werden, wird vorgeschlagen, dass das Schütz (2) eine Steuervorrichtung umfasst, welche zum Einschalten des Schützes (2) für eine erste Zeitdauer (27) die Spule (20) derart erregt, dass lediglich die erste Position eingenommen wird, und anschließend die Spule (20) derart erregt, dass die zweite Position eingenommen wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät zum Schalten eines Kondensators mit einem Schütz und einem mit dem Schütz verbundenen Hilfsschalter, wobei der Hilfsschalter eine beweglich gelagerte Hilfsschalterkontaktbrücke und Hilfsschalterfestkontakte aufweist und das Schütz eine beweglich gelagerte Schützkontaktbrücke und Schützfestkontakte aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zuschalten eines dem Schaltgerät nachgeschalteten Kondensators an eine Versorgungsnetz.

[0002] Beim Kondensatorschalten mit einem Schaltgerät, wie beispielsweise ein Niederspannungsschaltgerät, wird ein Kondensator bzw. werden Kondensatoren üblicherweise zunächst über die voreilende Hilfsschalterkontaktbrücke des Hilfsschalters aufgeladen. Hierfür sind die Hilfsschalterfestkontakte des Hilfsschalters über Widerstandsdrähte mit den Schützfestkontakten des Schützes verbunden. Der Hilfsschalter umfasst Hilfsschalterfestkontakte, die Hilfsschalterkontaktbrücke und einen Hilfsschalterkontaktbrückenträger, welcher die Hilfsschalterkontaktbrücke beweglich lagert. Das Schütz umfasst Schützfestkontakte, die Schützkontaktbrücke, einen Schützkontaktbrückenträger, welcher die Schützkontaktbrücke beweglich lagert, und eine Spule. Zum Schließen des Schützes ist die Spule mit einem Spulenstrom zu erregen. Der Hilfsschalter ist mit dem Schütz üblicherweise mechanisch verbunden, z.B. mittels einer Schnappverbindung. Im mechanisch verbunden Zustand des Hilfsschalters mit dem Schütz steht der Hilfsschalterkontaktbrückenträger mit dem Schützkontaktbrückenträger derart in Wirkverbindung, dass bei einem Schließen des Schützes die Hilfsschalterkontaktbrücke über die mechanische Auslenkung der Schützkontaktbrücke ebenso ausgelenkt wird. Während des Schließens des Schützes wird zunächst eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Hilfsschalterkontaktbrücke mit den Hilfsschalterfestkontakten hergestellt. Durch die fortschreitende Auslenkung der Schützkontaktbrücke wird zeitlich verzögert zum elektrischen Schließen des Hilfsschalters eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten hergestellt.

[0003] Durch das Erregen der Spule des Schützes werden der Schützkontaktbrückenträger und hierüber der Hilfsschalterkontaktbrückenträger ausgelenkt. Hierbei stellt zunächst die Hilfsschalterkontaktbrücke einen elektrischen Kontakt mit den Hilfsschalterfestkontakten her, so dass der Strom über die Widerstandsdrähte zu den Schutzfestkontakten fließen kann. Der Kondensator wird somit zunächst durch den Hilfsschalter aufgeladen. Durch die fortschreitende Auslenkung des Schützkontaktbrückenträgers kommt es automatisch zum elektrischen Kontaktieren der beweglich gelagerten Schützkontaktbrücke des Schützes mit den Schützfestkontakten. Die Überbrückung erfolgt nun sowohl über die Schützkontaktbrücke als auch über die Hilfsschalterkontaktbrücke. Der an dem Schaltgerät angeschlossene Kondensator kann somit sowohl über die Überbrückung der Hilfsschalterkontaktbrücke mit den Hilfsschalterfestkontakten als auch über die Überbrückung der Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten mit Energie versorgt werden. Nach dem Überbrücken der Schützfestkontakte durch die Schützkontaktbrücke erfolgt der primäre Energieverlauf zum Kondensator über das Schütz. Ein derartiges Schaltgerät ist beispielsweise aus der DE 10 2009 052 626 A1 bekannt.

[0004] Der zeitliche Verzug zwischen den beiden Schaltvorgängen wird üblicherweise durch die versetzte Anordnung der beweglich gelagerten Kontaktbrücken gegenüber den Festkontakten gesteuert. Die Zeitdifferenz vom Schließen der Hilfsschalterkontaktbrücke mit den Hilfsschalterfestkontakten bis zum Schlie-βen der Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten kann hierbei unterschiedlich ausfallen. Die sogenannte Vorladezeit des Kondensators wird bestimmt durch die Wegdifferenz zwischen den Kontakten des Hilfsschalters und den Kontakten des Schützes und der Schließgeschwindigkeit des Schützes. Ein weiterer Einfluss stellt die Prellzeit der Hilfsschalterkontakte (Hilfsschalterkontaktbrücke und Hilfsschalterfestkontakte) dar. Ist die Vorladezeit zu kurz, müssen die Schützkontakte (Schützkontaktbrücke und Schützfestkontakten) einen Großteil des Ladestromes für den Kondensator übernehmen. Hieraus bedingt erfolgt eine Lebensdauerreduzierung durch starken Verbrauch von Kontaktmaterial an den Schützkontakten.

[0005] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Schaltgerät zum Schalten von einem Kondensator bereitzustellen. Insbesondere soll ein optimiertes Zuschalten eines dem Schaltgerät nachgeschalteten Kondensators an ein Versorgungsnetz ermöglicht werden.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, d.h. durch Schaltgerät zum Schalten eines Kondensators mit einem Schütz und einem mit dem Schütz verbundenen Hilfsschalter, wobei der Hilfsschalter Hilfsschalterfestkontakte, eine Hilfsschalterkontaktbrücke und einen Hilfsschalterkontaktbrückenträger, welcher die Hilfsschalterkontaktbrücke beweglich lagert, aufweist und das Schütz Schützfestkontakte, eine Schützkontaktbrücke, einen Schützkontaktbrückenträger, welcher die Schützkontaktbrücke beweglich lagert, und eine Spule aufweist, wobei der Hilfsschalterkontaktbrückenträger mit dem Schützkontaktbrückenträger derart in Wirkverbindung steht und derart ausgebildet ist, dass bei einem Einschalten des Schützes die Hilfsschalterkontaktbrücke und die Schützkontaktbrücke zunächst in eine erste Position ausgelenkt werden, in welcher lediglich die Hilfsschalterkontaktbrücke mit den Hilfsschalterfestkontakten elektrisch leitend verbunden ist, und anschließend in eine zweite Position ausgelenkt werden, in welcher die Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten elektrisch leitend verbunden ist, wobei zum Einschalten des Schützes die Spule mit einem Spulenstrom zu erregen ist, wobei das Schütz eine Steuervorrichtung umfasst, welche zum Einschalten des Schützes für eine erste Zeitdauer die Spule derart erregt, dass lediglich die erste Position eingenommen wird, und anschließend die Spule derart erregt, dass die zweite Position eingenommen wird und ein Verfahren gemäß Anspruch 7, d.h. durch ein Verfahren zum Zuschalten eines einem Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5 nachgeschalteten Kondensators an eine Versorgungsnetz, mit folgenden Schritten:

• Erregen der Spule für eine erste Zeitdauer mit einem ersten Spulenstrom, so dass lediglich die Hilfsschalterkontaktbrücke mit den Hilfsschalterfestkontakten elektrisch leitend verbunden ist,
• anschließendes Erregen der Spule mit einem zweiten Spulenstrom, so dass die Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten elektrisch leitend verbunden ist.

[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.

[0008] Der Hilfsschalter insbesondre mit dem Schütz mechanisch verbunden. Vorzugsweise ist der Hilfsschalter mittels einer zerstörungsfreien mechanischen Verbindung mit dem Schütz verbunden, z.B. eine Schnappverbindung.

[0009] Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät sind vorzugsweise die Hilfsschalterfestkontakte mit den Schützfestkontakten jeweils an ihrem Eingangsbereich und an ihrem Ausgangsbereich mit einem Widerstandsdraht miteinander verbunden. Dadurch, dass bei einem Einschalten des Schützes, d.h. das Schütz soll geschlossen werden, durch die Steuereinheit gezielt die Spule des Schützes derart erregt wird, dass lediglich die erste Position herbeigeführt wird, wird zunächst lediglich die elektrische Verbindung zwischen der Hilfsschalterkontaktbrücke mit den Hilfsschalterfestkontakten hergestellt. Ein an das Schaltgerät angeschlossener Kondensator wird folglich zunächst über den Hilfsschalter aufgeladen. Nach Verstreichen der ersten Zeitdauer wird durch die Steuereinheit die Spule derart erregt, dass ferner die elektrische Kontaktierung der Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten erfolgt. Der Kondensator wird nun über die durch die Schützkontaktbrücke hergestellte elektrische Verbindung von dem Schütz aufgeladen.

[0010] Dadurch, dass zunächst der Kondensator über den Hilfsschalter und anschließend über das Schütz aufgeladen wird, erfolgt ein vorteilhaftes schrittweises Aufladen des Kondensators. Zunächst wird der Kondensator gezielt für die erste Zeitdauer über den Hilfsschalter vorgeladen. Nach Verstreichen der ersten Zeitdauer erfolgt die Kontaktierung der Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten, so dass die Energieversorgung des nachgeschalteten Kondensators primär über das Schütz erfolgt.

[0011] Damit während der elektrischen Energieversorgung des Kondensators über das Schütz der Hilfsschalter geschont wird, erfolgt vorzugsweise nach der Kontaktierung der Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten über ein Trennmittel ein Trennen der elektrischen Kontaktierung zwischen der Hilfsschalterkontaktbrücke und den Hilfsschalterfestkontakten. Folglich erfolgt nach dem Trennen die Energieversorgung des Kondensators lediglich über das Schütz. Der Vorteil hierbei besteht darin, dass es nicht mehr zu einer unerwünschten Belastung des Hilfsschalters kommen kann. Die Lebensdauer des Hilfsschalters kann hierdurch verlängert werden. Ferner kann insbesondere bei einem Einsatz von Widerstandsdrähten deren Lebensdauer stark verlängert werden. Ein Abbrennen der Widerstandsdrähte kann durch das Trennen der elektrischen Energieversorgung des Kondensators über den Hilfsschalter vorzugsweise unmittelbar nach der Kontaktierung der Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten verhindert werden.

[0012] Zum Herbeiführen und Halten der ersten Position wird die Spule im Vergleich zum Herbeiführen und Halten der zweiten Position durch die Steuereinheit gezielt unterschiedlich erregt. Der erste Durchschnittsspulenstrom zum Herbeiführen und Halten der ersten Position ist somit unterschiedlich zum zweiten Durchschnittsspulenstrom, welcher dem Herbeiführen und Halten der zweiten Position dient. Zum Herbeiführen und Halten der ersten Position liegt vorzugsweise ein getakteter Spulenstrom vor. Mittels der Steuereinheit wird folglich der an der Spule anliegende Durchschnittsspulenstrom geregelt, so dass während der ersten Zeitdauer, welche vorzugsweise in der Steuereinheit hinterlegt ist, ein anderer Durchschnittsspulenstrom und somit eine andere Erregung an der Spule anliegt als in einer der ersten Zeitdauer folgenden zweiten Zeitdauer, in welcher die zweite Position herbeigeführt bzw. gehalten wird. Die Steuereinheit regelt hierfür gezielt den an der Spule vorliegenden Spulenstrom.

[0013] Es ist ebenso denkbar, dass die Steuervorrichtung die zweite Position herbeiführt, sobald eine voreingestellte Spannung oder Strom über den Hilfsschalterfestkontakten vorliegt bzw. überschritten wurde. Anhand dieses Kriteriums würde folglich die erste Zeitdauer bestimmt werden.

[0014] Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass unabhängig von einer Toleranzlage der Kontakte des Hilfsschalters und des Schützes, der vorliegenden Temperatur oder der anliegenden Steuerspannung eine Vorladung des nachgeschalteten Kondensators über den Hilfsschalter sichergestellt werden kann. Hierdurch kann ein optimales Vorladen eines dem Schaltgerät nachgeschalteten Kondensators mittels des Hilfsschalters sichergestellt werden. Ferner werden die Kontakte des Hilfsschalters und des Schützes geschont.

[0015] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt die erste Zeitdauer zwischen 5 Millisekunden und 30 Millisekunden. Vorzugsweise liegt die erste Zeitdauer zwischen 15 Millisekunden und 25 Millisekunden, insbesondere bei ca. 20 Millisekunden. Dadurch, dass die Vorladezeit des Kondensators mittels des Hilfsschalters unabhängig von der Toleranzlage, der vorliegenden Temperatur oder der anliegenden Steuerspannung ist, kann eine sichere Vorladezeit des dem Schaltgerät nachgeschalteten Kondensators gewährleistet werden.

[0016] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung eine Steuereinheit und einen Schalter, welcher in Serie zur Spule geschaltet ist, so dass über ihn der Spulenstrom der Spule gesteuert werden kann, wobei die Steuereinheit während der ersten Zeitdauer den Schalter derart ansteuert, insbesondere taktet, dass mittels der Erregung der Spule lediglich die erste Position eingenommen wird, und anschließend den Schalter derart ansteuert, dass mittels der Erregung der Spule die zweite Position eingenommen wird.

[0017] Mittels der Steuereinheit wird folglich die Versorgung der Spule mit dem Spulenstrom gezielt derart beeinflusst, dass unterschiedliche Erregungen an der Spule vorliegen. Während der ersten Zeitdauer wird die Spule gezielt derart erregt, dass lediglich die erste Position eingenommen und gehalten wird; d.h. die Schützkontaktbrücke ist nicht mit den Schützfestkontakten elektrisch leitend verbunden. Während der zweiten Zeitdauer wird die Spule gezielt derart erregt, dass die zweite Position eingenommen und gehalten wird; d.h. die Schützkontaktbrücke ist mit den Schützfestkontakten elektrisch leitend verbunden. Die erste Zeitdauer ist vorzugsweise fest in der Steuereinheit hinterlegt.

[0018] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung zur Spannungsmessung einen Shunt, welcher in Serie zum Schalter angeordnet ist. Es liegt somit eine Serienschaltung aus der Spule, dem Schalter und dem Shunt vor, über welchem der Spulenstrom der Spule fließen kann. Durch das Einschalten des Schalters fließt Strom durch den Shunt, so dass ein Spannungsabfall am Shunt entsteht. Die Steuereinheit misst die Spannung über den Shunt und je nach Erreichen einer Spannungsschwelle für die verschiedenen Erregungsstufen der Spule (Erregungsstufe für die erste oder zweite Position), wird der Schalter in einem bestimmten Rhythmus ein- und ausgeschaltet. Es erfolgt eine Taktung. Mittels der Taktung wird ein sogenannter Durchschnittsspulenstrom innerhalb der Spule erzeugt. In Abhängigkeit dieses Durchschnittsspulenstromes wird eine bestimmte Erregung im Magnetsystem des Schaltgerätes erzeugt, so dass gezielt die erste oder zweite Position herbeigeführt und gehalten werden kann.

[0019] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steuervorrichtung derart ausgebildet, dass sie zum Herbeiführen der zweiten Position die Spule für eine zweite Zeitdauer mit einem zweiten Durchschnittsspulenstrom erregt und anschließend zum Halten der zweiten Position die Spule mit einem dritten Durchschnittsspulenstrom erregt, wobei der zweite Durchschnittsspulenstrom höher als der dritte Durchschnittsspulenstrom ist. Nach der zweiten Zeitdauer wird der Schalter durch die Steuervorrichtung derart angesteuert, insbesondere getaktet, dass die Spule derart erregt ist, dass der Schalter des Schützes geschlossen bleibt. Der hierfür notwendige dritte Durchschnittsspulenstrom ist vorzugsweise niedriger als der erste Durchschnittsspulenstrom, welcher zum Herbeiführen und Halten der ersten Position erforderlich ist.

[0020] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt ein System vor, welches einen Kondensator und das Schaltgerät umfasst, wobei der Kondensator mit dem Schaltgerät elektrisch leitend verbunden ist. Der Kondensator kann mittels des Schaltgerätes an ein Versorgungsnetz geschaltet werden. Beim Zuschalten des Kondensators an das Versorgungsnetz erfolgt mittels des Schaltgerätes zunächst während der ersten Zeitdauer über den Hilfsschalter ein Vorladen des Kondensators. Nach Verstreichen der ersten Zeitdauer wird durch die Steuervorrichtung die Spule des Schützes derart erregt, dass die zweite Position eingenommen wird, so dass der Kondensator über das Schütz mit dem Versorgungsnetz verbunden ist.

[0021] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hilfsschalter mit dem Schütz mechanisch verbunden, so dass der Schützkontaktbrückenträger den Hilfsschalterkontaktbrückenträger auslenken kann.

[0022] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Hilfsschalterkontaktbrücke, vorzugsweise durch eine erste Feder, beweglich im Hilfsschalterkontaktbrückenträger gelagert und die Schützkontaktbrücke, vorzugsweise durch eine zweite Feder, beweglich im Schützkontaktbrückenträger gelagert. Hierdurch kann ein zeitlich versetztes Kontaktieren der Hilfsschalterkontaktbrücke mit den Hilfsschalterfestkontakten gegenüber dem Kontaktieren der Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten erfolgen. Ferner ist es möglich, dass nach erfolgter Kontaktierung beider Kontaktbrücken der Hilfsschalterkontaktbrückenträger sowie der Schützkontaktbrückenträger weiterhin in die durch das Schließen des Schützes eingeschlagene Bewegungsrichtung bewegt werden kann.

[0023] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Hilfsschalterfestkontakte mit den Schützfestkontakten jeweils an ihrem Eingangsbereich und an ihrem Ausgangsbereich mit einem Widerstandsdraht miteinander verbunden. Auf diese Weise kann der Kondensator bereits durch Schließen der Hilfsschalterkontaktbrücke mit den Hilfsschalterfestkontakten aufgeladen werden.

[0024] Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

FIG 1

eine schematische Darstellung eines Schaltgerätes zum Schalten eines Kondensators im geöffneten Zustand,

FIG 2

eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Spulenansteuerung des Schützes aus FIG 1, und

FIG 3

einen zeitlichen Verlauf des Durschnittspulenstroms, welcher an der Spule anliegt, beim schrittweisen Zuschalten eines Kondensators mittels des Schaltgerätes nach FIG 1.

[0025] FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltgerätes zum Schalten eines Kondensators im geöffneten Zustand. Das Schaltgerät weist einen Hilfsschalter 1 sowie ein Schütz 2 auf. Der Hilfsschalter 1 ist hierbei auf das Schütz 2 aufgesetzt. Der Hilfsschalter 1 besteht aus zwei Hilfsschalterfestkontakten 4 und einem Hilfsschalterkontaktbrückenträger 5, welcher eine Hilfsschalterkontaktbrücke 3 beweglich lagert. Der Hilfsschalterkontaktbrückenträger 5 ist über eine mit Zugkraft beaufschlagte dritte Feder 15 verbunden. Der Hilfsschalterkontaktbrückenträger 5 weist ferner ein erstes Einrastmittel 11 auf. Das Schütz besteht aus zwei Schützfestkontakten 7 und einem Schützkontaktbrückenträger 8, welcher eine Schützkontaktbrücke 6 beweglich lagert. Der Schützkontaktbrückenträger 8 weist ferner ein zweites Einrastmittel 12 auf. Der Schützkontaktbrückenträger 8 ist mit einer mit Druckkraft beaufschlagten vierten Feder 16 verbunden.

[0026] Die Eingangsseite des Hilfsschalterfestkontakts 4 ist über einen Widerstandsdraht 9 mit der Eingangsseite des Schützfestkontakts 7 verbunden. Die Ausgangsseite des Hilfsschalterfestkontakts 4 ist über einen Widerstandsdraht 9 mit der Ausgangsseite des Schützfestkontakts 7 verbunden. Der Schützkontaktbrückenträger 8 ist durch sein zweites Einrastmittel 12 mit dem ersten Einrastmittel 11 des Hilfsschalterkontaktbrückenträgers 5 mechanisch verbunden. Diese mechanische Verbindung 10 kann durch Aufbringen einer vordefinierten Kraft ohne mechanische Beschädigung gelöst werden. Das Schütz 2 weist hierbei ein Trennmittel 13 auf. Dieses Trennmittel 13 ist dafür vorgesehen, dass es die mechanische Verbindung 10 zwischen dem ersten Einrastmittel 11 und dem zweiten Einrastmittel 12 löst. Das Trennmittel 13 weist hierfür eine Schräge auf, auf die der Hilfsschalterkontaktbrückenträger 5 bei einem Einschalten des Schützes 2 bewegt wird. Da der Hilfsschalterkontaktbrückenträger 5 mit dem Schützkontaktbrückenträger 8 miteinander verbunden ist, werden bei einem Einschalten des Schützes 2 beide Kontaktbrückenträger 5, 8 in Richtung des Richtungspfeils 14 bewegt.

[0027] Der in der FIG 1 gezeigte Zustand des Schaltgerätes stellt den Startzustand des Schaltgerätes dar. Hierbei ist das Schütz 2 ausgeschaltet bzw. geöffnet.

[0028] Bei einem Einschalten des Schützes 2 bewegt der Schützkontaktbrückenträger 8 die Schützkontaktbrücke 6 in Richtung der Schützfestkontakte 7 und über die mechanische Verbindung 10 ebenso den Hilfsschalterkontaktbrückenträger 5 und somit die Hilfsschalterkontaktbrücke 3 in Richtung der Hilfsschalterfestkontakte 4. Die Bewegungsrichtung des Schützkontaktbrückenträgers 8 sowie des Hilfsschalterkontaktbrückenträgers 5 wird durch den Richtungspfeil 14 angegeben. Bei diesem Schließvorgang stellt zunächst die Hilfsschalterkontaktbrücke 3 mit den Hilfsschalterfestkontakten 4 einen elektrischen Kontakt her. In dem Zustand, in welchem lediglich die Hilfsschalterkontaktbrücke 3 mit den Hilfsschalterfestkontakten 4 elektrisch leitend verbunden ist und die Schützkontaktbrücke 6 nicht mit den Schützfestkontakten 7 elektrisch leitend verbunden ist, liegt die erste Position vor. Der an das Schaltgerät angeschlossene Kondensator wird somit lediglich über den Hilfsschalter 1 aufgeladen. Da jeweils ein Widerstandsdraht 9 an dem Schützfestkontakt 7 angeschlossen ist, erfolgt eine elektrische Überbrückung durch den Hilfsschalter 1.

[0029] Durch das Fortfahren der Bewegung des Schützkontaktbrückenträgers 8 stellt letztendlich auch die Schützkontaktbrücke 6 mit den Schützfestkontakten 7 einen elektrischen Kontakt her. Sobald die Schützkontaktbrücke 6 mit den Schützfestkontakten 7 elektrisch leitend verbunden ist liegt die zweite Position vor. Das Aufladen des Kondensators erfolgt folglich über das Schütz 2. Durch die Bewegung des Hilfsschalterkontaktbrückenträgers 5 sowie des Schützkontaktbrückenträgers 8 wird die Zugkraft der dritten Feder 15 vergrößert und die Rückdruckkraft der vierten Feder 16 ebenso vergrößert.

[0030] Durch ein Fortfahren der Bewegung des Schützkontaktbrückenträgers 8 in Richtung des Bewegungspfeils 14 wird der Hilfsschalterkontaktbrückenträger 5 gegen das Trennmittel 13 bewegt. Durch die weitere Bewegung des Schützkontaktbrückenträgers 8 in Richtung des Bewegungspfeils 14 wird die Kraft des Trennmittels 13 gegenüber den Hilfsschalterkontaktbrückenträger 5 vergrößert, bis die mechanische Verbindung 10 zwischen dem ersten Einrastmittel 11 und dem zweiten Einrastmittel 12 gelöst wird. Das Lösen der mechanischen Verbindung 10 erfolgt erst nach dem ein elektrisches Kontaktieren der Schützkontaktbrücke 6 mit den Schützfestkontakten 7 stattgefunden hat. Durch die Zugkraft der dritten Feder 15 wird nun der Hilfsschalterkontaktbrückenträger 5 in den Startzustand zurückbewegt. Die Hilfsschalterkontaktbrücke 3 löst folglich die Kontaktierung mit den Hilfsschalterfestkontakten 4 und die elektrische Kontaktierung zwischen den Hilfsschalterfestkontakten 4 wird unterbrochen.

[0031] FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Spulenansteuerung des Schützes aus FIG 1. Zu sehen ist ein Steuerspannungsanschluss 17, ein Gleichrichter 18, eine Steuereinheit 19, eine Spule 20 des elektromechanischen Antriebs des Schützes, eine Freilaufdiode 21, einen Schalter 22 und einen Shunt 23.

[0032] Über den Steuerspannungsanschluss 17 kann mittels einer dezentral zum Schaltgerät angeordneten Geräteeinheit ein Befehl zum Einschalten des Schaltgerätes und somit zum Zuschalten des Kondensators an ein Versorgungsnetz an das Schaltgerät ausgegeben werden. Hierfür wird eine charakteristische Spannung über die Anschlüsse des Steuerspannungsanschlusses 17 angelegt. Mittels eines Gleichrichters 18 wird die am Steuerspannungsanschluss 17 anliegende Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt. Die Steuereinheit 19 detektiert einen derartigen Zustandswechsel am Steuerspannungsanschluss 17 und leitet daraufhin das Stufenweise zuschalten des Kondensators ein. Hierbei wird der Kondensator zunächst gezielt für eine erste Zeitdauer über den Hilfsschalter mit dem Versorgungsnetz verbunden und nach Verstreichen der ersten Zeitdauer über das Schütz mit dem Versorgungsnetz verbunden. Hierfür wird die Spule 20 des Schützes gezielt unterschiedlich erregt.

[0033] Durch das Einschalten des Schalters 22 fließt Strom durch die Spule 20 und den Shunt 23. Dieser erzeugt einen Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall wird durch die Steuereinheit 19 mittels des Shunts 23 gemessen. Je nach Erreichen einer Spannungsschwelle für die verschiedenen Erregungsstufen der Spule 20, wird der Schalter 22 in einem bestimmten Rhythmus ein- und ausgeschaltet. Mittels der Taktung des Schalters 22 kann somit ein unterschiedlicher Durchschnittsspulenstrom innerhalb der Spule 20 erzeugt werden. In Abhängigkeit dieses Durchschnittsspulenstroms wird somit eine bestimmte Erregung im Magnetsystem des Schützes erzeugt. Die Steuereinheit 19 kann somit gezielt über die Taktung des Schalters 22 eine erwünschte Erregung der Spule 20 herbeiführt. Über die Erregung der Spule 20 kann letztendlich gezielt gesteuert werden, ob das Schaltgerät die erste oder die zweite Position einnimmt.

[0034] Die Spannungsversorgung der Steuereinheit 19 erfolgt über die am Steuerspannungsanschluss 17 anliegende Spannung.

[0035] FIG 3 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Durchschnittsspulenstroms, welcher an der Spule anliegt, beim schrittweisen Zuschalten eines Kondensators mittels des Schaltgerätes nach FIG 1. Die Spulenansteuerung des Schützes entspricht dem in FIG 2 gezeigtem nicht abschließenden Aufbau der Spulenansteuerung des Schützes. Die Ordinate 25 zeigt die Höhe des Durchschnittsspulenstroms, welcher an der Spule anliegt. Die Zeit ist über die Abszisse 26 dargestellt. Es ist somit der zeitliche Verlauf des Durchschnittsspulenstroms und somit die Erregung der Spule über die Zeit ersichtlich.

[0036] Die Steuereinheit erhält zum Zeitpunkt 24 den Befehl zum Einschalten des Schaltgerätes und somit den Befehl Zuschalten des Kondensators an das Versorgungsnetz.

[0037] In einem ersten Schritt steuert die Steuereinheit für eine erste Zeitdauer 27, insbesondere für 20 Millisekunden, den Schalter derart an, dass die Spule des elektromechanischen Antriebs des Schützes derart erregt wird, dass der Schützkontaktbrückenträger und hierüber der Hilfsschalterkontaktbrückenträger so ausgelenkt werden, dass die erste Position herbeigeführt und gehalten wird. An der Spule liegt somit eine erste Erregung vor, bei welcher lediglich die Hilfsschalterkontaktbrücke mit den Hilfsschalterfestkontakten elektrisch leitend verbunden ist. In diesem Zustand wird der Kondensator über das Hilfsschütz vorgeladen.

[0038] Unmittelbar nach der ersten Zeitdauer 27 steuert die Steuereinheit für eine zweite Zeitdauer 28, insbesondere für 30 Millisekunden, den Schalter derart an, dass die Spule derart erregt wird, dass der Schützkontaktbrückenträger so ausgelenkt wird, dass die zweite Position herbeigeführt wird. Der zum Herstellen der zweiten Position notwendige zweite Durchschnittsspulenstrom 32 ist höher als der erste Durchschnittsspulenstrom 31 zum Herbeiführen und Halten der ersten Position. An der Spule liegt somit eine zweite Erregung vor, bei welcher die Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten elektrisch leitend verbunden ist. Der Kondensator ist nun direkt über das Schütz mit dem Versorgungsnetz verbunden. Die erste Erregung der Spule ist niedriger als die zweite Erregung der Spule.

[0039] Unmittelbar nach der zweiten Zeitdauer 28 steuert die Steuereinheit für eine dritte Zeitdauer 28 bis zum Empfangen eines Signals 30 zum Öffnen des Schützes den Schalter derart an, dass die Spule derart erregt wird, dass der Schützkontaktbrückenträger so ausgelenkt bleibt, dass die zweite Position gehalten wird. Der zum Halten der zweiten Position notwendige dritte Durchschnittsspulenstrom 33 ist niedriger als der erste Durchschnittsspulenstrom 31. An der Spule liegt somit eine dritte Erregung vor. Die dritte Erregung der Spule ist niedriger als die erste und zweite Erregung der Spule.

[0040] Beim Empfangen des Signals 30 zum Öffnen des Schützes wird der Schalter geöffnet, so dass keine Erregung der Spule vorliegt. Das Schütz öffnet automatisch die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Schützkontaktbrücke mit den Schützfestkontakten, so dass die elektrisch leitende Verbindung des Kondensators zum Versorgungsnetz über das Schaltgerät vollständig getrennt wird.

[0041] Der erste Durchschnittsspulenstrom 31 ist der Strom, welcher als arithmetisches Mittel über die erste Zeitdauer 27 an der Spule anliegt. Der zweite Durchschnittsspulenstrom 32 ist der Strom, welcher als arithmetisches Mittel über die zweite Zeitdauer 28 an der Spule anliegt. Der dritte Durchschnittsspulenstrom 33 ist der Strom, welcher als arithmetisches Mittel über die dritte Zeitdauer 29 an der Spule anliegt.

[0042] Bei den herkömmlichen Schaltgeräten kann die Belastung insbesondere für die Kontakte des Schützes sehr unterschiedlich ausfallen. Werden ferner die Prellzeiten (nehmen mit steigender Schließgeschwindigkeit zu) der Vorladekontakte des Hilfsschalters betrachtet, wird dies noch ungünstiger für die Kontakte des Schützes. Dies reduziert die Lebensdauer und kann zum verschweißen führen.

[0043] Durch das zeitlich geregelte Zuschalten des Kondensators über die gesteuerte Erregung der Spule des Schützes, kann dies nicht passieren. Die Vorladezeit wird unabhängig von der Nennspannung konstant gehalten. Hierdurch haben Prellzeiten keinen Einfluss auf die Lebensdauer der Kontakte des Schützes. Die Kontakte des Schützes sehen immer einen Strom, den sie schalten können, ohne zu verschweißen.

[0044] Um die voreilenden Kontakte des Hilfsschalters zum Schließen zu bringen wird eine bestimmte Erregung seitens des Magnetantriebes des Schützes gefordert. Diese Erregung wird mittels Stromregelung über einen Shunt für eine bestimmte Zeit (z.B. 20 Millisekunden) zur Verfügung gestellt. Anschließend wird die höhere Erregung der Spule zum Schließen der Kontakte des Schützes und des Magnetsystems bereitgestellt. Nachdem das Schütz und das Magnetsystem geschlossen haben, koppelt der Hilfsschalter ab (mechanisch oder magnetisch) und die Erregung des Magnetsystems wird auf Halten umgeschaltet (dritte Erregung). Die verschiedenen Stromwerte für die verschiedenen Erregungen werden mittels Shunt und einer Schwellenauswertung realisiert. Die Schwellenauswertung kann durch einen Mikrocontroller oder durch eine Komparatorschaltung realisiert werden.

[0045] Durch die spezielle elektronische Ansteuerung des Magnetsystems des Schützes in mehreren Stufen mittels der Stromregelung der Spule (Strommessung erfolgt über einen Shunt, durch verschiedene Schwellenauswertungen sind verschiedene Erregungen innerhalb des Eisenkreises möglich) wird eine sichere Vorladezeit des Kondensators ermöglicht. Hierdurch kann ein starkes Abbrennen der Kontakte des Schützes verhindert werden.

[0046] Durch das vorteilhafte Zuschalten des Kondensators mittels der gezielten Erregung der Spule während der ersten Zeitdauer erfolgt eine sichere und konstante Vorladung des Kondensators, unabhängig von der Temperatur, der Spannung und der Toleranzlage des Schaltgerätes. Die Einschaltgeschwindigkeit des Hilfsschalters und des Schützes ist konstant. Durch das zeitlich gesteuerte und hierdurch verschleißärmere Schließen der Kontakte des Schaltgerätes, ist der Verlust an Silbermaterial an den Kontakten des Schaltgerätes geringer, so dass eine Reduzierung des Silbermaterials möglich ist. Hierdurch ergeben sich Kostenvorteile. Ferner wird durch die elektronische Spulenansteuerung eine Energieeinsparung erzielt.

Ansprüche

1. Schaltgerät zum Schalten eines Kondensators mit einem Schütz (2) und einem mit dem Schütz (2) verbundenen Hilfsschalter (1), wobei der Hilfsschalter (1) Hilfsschalterfestkontakte (4), eine Hilfsschalterkontaktbrücke (3) und einen Hilfsschalterkontaktbrückenträger (5), welcher die Hilfsschalterkontaktbrücke (3) beweglich lagert, aufweist und das Schütz (2) Schützfestkontakte (7), eine Schützkontaktbrücke (6), einen Schützkontaktbrückenträger (8), welcher die Schützkontaktbrücke (6) beweglich lagert, und eine Spule (20) aufweist, wobei der Hilfsschalterkontaktbrückenträger (5) mit dem Schützkontaktbrückenträger (8) derart in Wirkverbindung steht und derart ausgebildet ist, dass bei einem Einschalten des Schützes (2) die Hilfsschalterkontaktbrücke (3) und die Schützkontaktbrücke (6) zunächst in eine erste Position ausgelenkt werden, in welcher lediglich die Hilfsschalterkontaktbrücke (3) mit den Hilfsschalterfestkontakten (4) elektrisch leitend verbunden ist, und anschließend in eine zweite Position ausgelenkt werden, in welcher die Schützkontaktbrücke (6) mit den Schützfestkontakten (7) elektrisch leitend verbunden ist, wobei zum Einschalten des Schützes (2) die Spule (20) mit einem Spulenstrom zu erregen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schütz (2) eine Steuervorrichtung umfasst, welche zum Einschalten des Schützes (2) für eine erste Zeitdauer (27) die Spule (20) derart erregt, dass lediglich die erste Position eingenommen wird, und anschließend die Spule (20) derart erregt, dass die zweite Position eingenommen wird.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, wobei die erste Zeitdauer (27) zwischen 2 Millisekunden und 20 Millisekunden liegt.

3. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung eine Steuereinheit (19) und einen Schalter (22) umfasst, welcher in Serie zur Spule (20) geschaltet ist, so dass über ihn der Spulenstrom der Spule (20) gesteuert werden kann, wobei die Steuereinheit (19) während der ersten Zeitdauer (27) den Schalter (22) derart ansteuert, insbesondere taktet, dass mittels der Erregung der Spule (20) lediglich die erste Position eingenommen wird, und anschlie-βend den Schalter (22) derart ansteuert, dass mittels der Erregung der Spule (20) die zweite Position eingenommen wird.

4. Schaltgerät nach Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung zur Spannungsmessung einen Shunt (23) umfasst, welcher in Serie zum Schalter (22) angeordnet ist.

5. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie zum Herbeiführen der zweiten Position die Spule (20) für eine zweite Zeitdauer (28) mit einem zweiten Durchschnittsspulenstrom (32) erregt und anschließend zum Halten der zweiten Position die Spule (20) mit einem dritten Durchschnittsspulenstrom (33) erregt, wobei der zweite Durchschnittsspulenstrom (32) höher als der dritte Durchschnittsspulenstrom (33) ist.

6. System zum Zuschalten eines Kondensators mit einem Kondensator und einem Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Kondensator mit dem Schaltgerät elektrisch leitend verbunden ist.

7. Verfahren zum Zuschalten eines einem Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5 nachgeschalteten Kondensators an eine Versorgungsnetz, mit folgenden Schritten:

- Erregen der Spule (20) für eine erste Zeitdauer (27) mit einem ersten Durchschnittsspulenstrom (31), so dass lediglich die Hilfsschalterkontaktbrücke (3) mit den Hilfsschalterfestkontakten (4) elektrisch leitend verbunden ist,

- anschließendes Erregen der Spule (20) mit einem zweiten Durchschnittsspulenstrom (32), so dass die Schützkontaktbrücke (6) mit den Schützfestkontakten (7) elektrisch leitend verbunden ist.

Zeichnung