AT511285B1 - Fehlerstromschutzschalter - Google Patents

Abstract

Bei einem Fehlerstromschutzschalter (1) mit einem Summenstromwandler (2) zur Fehlerstromerfassung, wobei auf einem Kern (3) des Summenstromwandlers (2) eine Sekundärwicklung (4) angeordnet ist, wobei der Fehlerstromschutzschalter (1) eine Wechselstrommessanordnung (5) und eine Gleichstrommessanordnung (6) aufweist, wobei die Wechselstrommessanordnung (5) und die Gleichstrommessanordnung (6) zum gleichzeitigen parallelen Betrieb mit der Sekundärwicklung (4) unterbrecherfrei schaltungstechnisch verbunden sind, wobei die Gleichstrommessanordnung (6) eine Oszillatoreinheit (7) aufweist, zur vorgebbaren, insbesondere nichtlinearen, Magnetisierung des Kerns (3) des Summenstromwandlers (2), wird vorgeschlagen, dass die Oszillatoreinheit (7) mit einem Frequenzteiler (17) verbunden ist, dass der Frequenzteiler (17) mit einem ersten Kontaktpunkt (8) der Sekundärwicklung (4) verbunden ist, und dass ein Synchrondetektor (13) mit der Oszillatoreinheit (7) schaltungstechnisch verbunden, und dass die die Wechselstrommessanordnung (5) einen Kammfilter 21 aufweist, welcher eine Signalkomponente mit einer vorgebbaren Frequenz, und dem ganzzahligen Vielfachen dieser vorgebbaren Frequenz, aus dem Signal entfernt.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Es sind Fehlerstromschutzschalter bekannt, welche dazu ausgebildet sind Fehlerströme zu erfassen, welche als Gleichstrom und/oder als Wechselstrom auftreten. Durch die Zunahme von elektronischen Geräten im Haushalt, welche gleichstromartige Fehlerströme erzeugen können, ist die Erfassung gleichstromartiger Fehlerströme zur Gewährleistung der Sicherheit der Verbraucher von zunehmender Bedeutung.

[0003] Hiezu weisen solche Fehlerstromschutzschalter zwei Fehlerstromerfassungssensoren auf, einen für einen gleichstromartigen Fehlerstrom und einen für einen wechselstromartigen Fehlerstrom. Solche Fehlerstromschutzschalter sind sowohl technisch als auch wirtschaftlich sehr aufwendig, und haben einen hohen Platzbedarf, da beispielsweise zwei Summenstromwandler benötigt werden, wodurch solche Fehlerstromschutzschalter eine geringe Verbreitung aufweisen.

[0004] Eine Weiterbildung solcher Fehlerstromschutzschalter besteht darin, lediglich einen Summenstromwandler zu verwenden, wobei die Fehlerstromsensoren für Gleichstrom und Wechselstrom abwechselnd auf den Summenstromwandler zugreifen. Hierzu ist allerdings ein Umschalter, welcher zwischen den beiden Fehlerstromsensoren umschaltet, zwingend notwendig.

[0005] Ein solcher Fehlerstromschutzschalter ist etwa aus der WO 2010/063043 A1 bekannt.

[0006] Nachteilig daran ist, das dieser Umschalter ständig in Betrieb ist und dabei Störsignale verursacht. Weiters muss der Umschalter mit hoher Frequenz betrieben werden, damit jene Zeit, in welcher einer der beiden Fehlerstromsensoren nicht aktiv ist, ein akzeptables Maß nicht überschreitet. Durch die hohe Frequenz steht nur ein kleines Zeitfenster für die Detektion von wechselstromartigen Fehlerströmen zu Verfügung, wodurch die Bandbreite reduziert wird und eine Detektion solcher wechselstromartigen Fehlerströmen erschwert wird. Durch die hohe Frequenz kommt es weiters zu einem hohen Energieverbrauch und damit zu einer hohen thermischen Belastung des Umschalters und benachbarter Bauteile. Dadurch weist der Umschalter nur eine geringe Lebensdauer auf, bzw. kann es zu einem Ausfall des Umschalters kommen, wodurch der Schutz durch den Fehlerstromschutzschalter nicht mehr gegeben ist, und es zu ernsthaften, im schlimmsten Fall sogar tödlichen, Stromunfällen kommen kann. Weiters sind solche Fehlerstromschutzschalter noch immer sowohl technisch als auch wirtschaftlich sehr aufwendig, wodurch es zu einer geringen Verbreitung kommt.

[0007] Die DE 10 2008 017830 A1 beschreibt einen Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler und einer einzelnen Sekundärwicklung, welche mit einem Rechtecksignal vormagnetisiert wird. Die Sekundärwicklung liegt über einen Widerstand und ein Impedanznetzwerk an Masse. Die separaten und parallel angeordneten Auswertezweige für Wechsel- wie Gleichfehlerströme verarbeiten jeweils dasselbe Signal, welches zwischen dem Widerstand und dem Impedanznetzwerk abgegriffen wird. Die Detektion des Gleichfehlerstromes erfolgt durch Filterung und Gleichrichtung, wobei insbesondere versucht wird die Anregefrequenz des Rechtecksignals zu detektieren.

[0008] Die DD 239 689 A1 beschreibt einen Fehlerstromauslöser zur Erfassung von Gleich-, Impuls-, und Wechselfehlerströmen, wobei auf einem Summenstromwandler eine Vormagnetisierungswicklung und eine hievon separate Sekundärwicklung angeordnet ist. Der Wandlerkern wird mittels einem überlagerten Sinus- und Rechteckstrom vormagnetisiert. Im Fehlerstromerkennungsteil ist ein logisches UND-Gatter vorgesehen, welches mit dem Rechteckgenerator über eine monostabile Kippstufe verbunden ist, um Fehlauslösungen aufgrund der Vormagnetisierung zu verhindern.

[0009] Die DE 196 36 975 A1 beschreibt einen Fehlerstromschutzschalter mit einem Mikroprozessor, welcher im herkömmlichen Betrieb die Funktionsfähigkeit des betreffenden Schalters /9

AT 511 285 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt überprüft. Die DE 196 36 975 A1 zeigt keinen Fehlerstromschutzschalter, welcher gleichzeitig Wechsel- und Gleichfehlerströme detektiert.

[0010] Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, welcher einfach, kosten- und ressourcenschonend hergestellt werden kann, und welcher einen geringen Platzbedarf aufweist.

[0011] Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.

[0012] Dadurch kann ein Fehlerstromdetektor ausgebildet werden, weichereinfach, kosten- und ressourcenschonend hergestellt werden kann, und welcher einen geringen Platzbedarf aufweist. Dadurch ergibt sich weiters der Vorteil, dass ein Fehlerstromschutzschalter mit nur einem Summenstromwandler ausgebildet werden kann, wobei sowohl wechselstromartige als auch gleichstromartige Fehlerströme gleichzeitig erfasst werden können. Weiters benötigt ein derartiger Fehlerstromschutzschalter nur wenige elektronische Bauteile, vor allem nur einen Summenstromwandler, wodurch er kosten- und ressourcenschonend hergestellt werden kann. Dadurch kommt es zu einer weiten Verbreitung solcher Fehlerstromschutzschalter, wodurch ein besserer Schutz vor elektrischen Unfällen erzielt werden kann. Durch den Einsatz lediglich weniger elektrischer Bauteile sinkt auch das Ausfallrisiko, wodurch auch ein guter Schutz über lange Zeitdauer für den Benützer erzielt werden kann. Insbesondere kann auf den Einsatz eines Umschalters verzichtet werden, welcher sich nachteilig auf die Funktionsweise und die Lebensdauer des Fehlerstromschutzschalters auswirkt. Weiters kommt es im Wesentlichen zu einer kontinuierlichen Netzüberwachung, da tatsächlich eine gleichzeitige Erfassung von wechselstromartigen als auch gleichstromartigen Fehlerströmen möglich ist, wodurch die Sicherheit erhöht wird. Weiters kommt es durch die kontinuierliche Überwachung zu keiner Beschränkung der Auflösung durch eine zeitliche Begrenzung des Zeitfensters in welchem abgetastet wird.

[0013] Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9. Aufgabe des Verfahrens ist es ein Verfahren zum Betrieb eines Fehlerstromschutzschalter der vorstehend genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, welches einfach, kosten- und ressourcenschonend implementiert werden kann, und durch welches ein Fehlerstromschutzschalter mit geringem Platzbedarf realisiert werden kann.

[0014] Die Vorteile des Verfahrens entsprechen dabei den vorstehend beschriebenen Vorteilen. [0015] Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

[0016] Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Ansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.

[0017] Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossene Zeichnung, in welcher lediglich eine bevorzugte Ausführungsform beispielhaft dargestellt ist, näher beschrieben.

[0018] Dabei zeigt die einzige Figur eine bevorzugte Ausführungsform der gegenständlichen Erfindung als Blockschaltbild.

[0019] Die Figur zeigt einen Fehlerstromschutzschalter 1 mit einem Summenstromwandler 2 zur Fehlerstromerfassung, wobei auf einem Kern 3 des Summenstromwandlers 2 eine Sekundärwicklung 4 angeordnet ist, wobei der Fehlerstromschutzschalter 1 eine Wechselstrommessanordnung 5 und eine Gleichstrommessanordnung 6 aufweist, wobei die Wechselstrommessanordnung 5 und die Gleichstrommessanordnung 6 zum gleichzeitigen parallelen Betrieb ausgebildet sind.

[0020] Dadurch kann ein Fehlerstromdetektor 1 ausgebildet werden, welcher einfach, kostenund ressourcenschonend hergestellt werden kann, und welcher einen geringen Platzbedarf aufweist. Dadurch ergibt sich weiters der Vorteil, dass ein Fehlerstromschutzschalter 1 mit nur einem Summenstromwandler 2 ausgebildet werden kann, wobei sowohl wechselstromartige als auch gleichstromartige Fehlerströme gleichzeitig erfasst werden können. Weiters benötigt ein

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AT 511 285 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt derartiger Fehlerstromschutzschalter 1 nur wenige elektronische Bauteile, vor allem nur einen Summenstromwandler 2, wodurch er kosten- und ressourcenschonend hergestellt werden kann. Dadurch kommt es zu einer weiten Verbreitung solcher Fehlerstromschutzschalter 1, wodurch ein besserer Schutz vor elektrischen Unfällen erzielt werden kann. Durch den Einsatz lediglich weniger elektrischer Bauteile sinkt auch das Ausfallrisiko, wodurch auch ein guter Schutz über lange Zeitdauer für den Benützer erzielt werden kann. Insbesondere kann auf den Einsatz eines Umschalters verzichtet werden, welcher sich nachteilig auf die Funktionsweise und die Lebensdauer des Fehlerstromschutzschalters 1 auswirkt. Weiters kommt es im Wesentlichen zu einer kontinuierlichen Netzüberwachung, da tatsächlich eine gleichzeitige Erfassung von wechselstromartigen als auch gleichstromartigen Fehlerströmen möglich ist, wodurch die Sicherheit erhöht wird. Weiters kommt es durch die kontinuierliche Überwachung zu keiner Beschränkung der Auflösung durch eine zeitliche Begrenzung des Zeitfensters in welchem abgetastet wird.

[0021] Ein Fehlerstromschutzschalter 1 ist dazu vorgesehen, die elektrischen Leitungen, welche ein Teilstromnetz mit einem Versorgungsstromnetz verbinden, bezüglich Fehlerströmen zu überwachen, und bei Auftreten von Fehlerströmen vorgegebener Art das Teilstromnetz vom Versorgungsnetz zu trennen.

[0022] Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist der Fehlerstromschutzschalter vierpolig zur Überwachung der drei Phasen L1, L2 und L3 sowie des Neutralleiters N ausgebildet. Die Leitungen zwischen Teilstromnetz und Versorgungsstromnetz werden in der Figur in einer Linie zusammengefasst.

[0023] Um das Teilstromnetz vom Versorgungsnetz zu trennen, weist der Fehlerstromschutzschalter 1 Schaltkontakte auf, welche allerdings in der Figur nicht dargestellt sind.

[0024] Um Fehlerströme zu detektieren weist ein Fehlerstromschutzschalter 1 eine Strommesseinrichtung auf, welche in der Regel als Summenstromwandler 2 ausgebildet ist.

[0025] Ein Summenstromwandler 2 weist einen magnetisierbaren Kern 3 auf, welcher beispielsweise als weichmagnetischer Ringbandkern ausgebildet sein kann. Die drei Phasen L1, L2 und L3 sowie der Neutralleiter N bilden gemäß der bevorzugten Ausführungsform die Primärwicklungen des Summenstromwandlers 2. Weiters ist eine Sekundärwicklung 4 am Kern 3 angeordnet.

[0026] Der Fehlerstromschutzschalter 1 weist eine Wechselstrommessanordnung 5 auf. Die Wechselstrommessanordnung 5 ist dazu vorgesehen, wechselstromartige Fehlerströme zu erfassen.

[0027] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wechselstrommessanordnung 5 dazu ausgebildet, wechselstromartige Fehlerströme mit einer Frequenz bis ca. 100 kHz, insbesondere bis ca. 95 kHz, zu erfassen. Dadurch können wechselstromartige Fehlerströme in einem großen Frequenzbereich erfasst werden.

[0028] Weiters weist der Fehlerstromschutzschalter 1 eine Gleichstrommessanordnung 6 auf. Die Gleichstrommessanordnung 6 ist dazu vorgesehen, gleichstromartige Fehlerströme zu erfassen.

[0029] Weiters ist vorgesehen, dass die Wechselstrommessanordnung 5 und die Gleichstrommessanordnung 6 zum gleichzeitigen parallelen Betrieb ausgebildet sind.

[0030] Ein gleichzeitig paralleler Betrieb im Sinne der Erfindung bedeutet, dass sowohl die Wechselstrommessanordnung 5 als auch die Gleichstrommessanordnung 6 kontinuierlich und/oder ununterbrochen im Betrieb sind, und daher wechselstromartige und/oder gleichstromartige Fehlerströme zuverlässig erfassen. Die Abtastung durch einen Analog/Digital-Wandler, welche im strengen Sinn nicht kontinuierlich, sondern diskret erfolgt, wird im Sinne der Erfindung als kontinuierlicher Betrieb angesehen, da die Fehlerstromsignale vom Analog/DigitalWandler durchgehend, bzw. ununterbrochen abgetastet werden.

[0031] Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Wechselstrommessanordnung 5

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AT 511 285 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt und die Gleichstrommessanordnung 6 mit der Sekundärwicklung 4 unterbrecherfrei schaltungstechnisch verbunden sind. Dadurch kann ein durchgehender Schutz vor wechselstromartigen und/oder gelichstromartigen Fehlerströmen bei gleichzeitig geringer Leistungsaufnahme erzielt werden.

[0032] Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Gleichstrommessanordnung 6 eine Oszillatoreinheit 7 aufweist, zur vorgebbaren, insbesondere nichtlinearen, Magnetisierung des Kerns 3 des Summenstromwandlers 2. Durch die Magnetisierung des Kerns 3 in den nichtlinearen Bereich kann erreicht werden, dass bei Auftreten eines gleichstromartigen Fehlerstromes ein eindeutig detektierbares Signal entsteht.

[0033] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Oszillatoreinheit 7 wenigstens mittelbar schaltungstechnisch mit einem ersten Kontaktpunkt 8 der Sekundärwicklung 4 verbunden ist. Dadurch kann das oszillierende Signal der Oszillatoreinheit 7 über die Sekundärwicklung 4 die Magnetisierung des Kerns 3 ändern.

[0034] Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass schaltungstechnisch zwischen der Oszillatoreinheit 7 und dem ersten Kontaktpunkt 8 der Sekundärwicklung 4 ein Frequenzteiler 17 angeordnet ist. Dadurch kann auf einfache und effektive Weise ein phasengleiches Signal zur Verfügung gestellt werden, welches die doppelte Frequenz des Signals an der Sekundärspule 4 aufweist, da das Signal welches an der Sekundärspule 4 anliegt nun die halbe Frequenz der Oszillatoreinheit 7 aufweist. Die vorteilhafte Verwendung eines derartigen Signals wird an weiterer Stelle erläutert.

[0035] Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann weiters vorgesehen sein, dass schaltungstechnisch zwischen dem Frequenzteiler 17 und dem ersten Kontaktpunkt 8 der Sekundärwicklung 4 eine Verstärkerschaltung 18, besonders bevorzugt eine Verstärkerschaltung 18 mit hohem Eingangswiderstand, angeordnet ist. Dadurch kann die Frequenz und die Amplitude der Oszillatoreinheit 7 im Wesentlichen unabhängig von der Last konstant gehalten werden, wodurch eine zuverlässige Langzeitstabilität der Erkennung von gleichstromartigen Fehlerströmen erzielt werden kann.

[0036] Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass ein zweiter Kontaktpunkt 9 der Sekundärwicklung 4 schaltungstechnisch mittels eines ersten Widerstandes 10 mit Masse verbunden ist. Dadurch kann die Sekundärwicklung 4 einseitig auf ein Bezugspotenzial fixiert werden, wodurch äußere Störungen vermieden werden können, und eine gute Vergleichbarkeit der Ergebnisse gewährleistet werden kann.

[0037] Durch die oszillierende Spannungsdifferenz in der Sekundärwicklung 4 kommt es bevorzugt zu einer ebenfalls oszillierenden Magnetisierung des Kerns 3. Wenn der Kern 3 weiters durch einen gleichstromartigen Fehlerstrom magnetisiert wird, kommt es zu einer Unsymmetrie des Signals, wenn die Magnetisierung in dem nichtlinearen Bereich der magnetischen Hysteresekurve ist. Diese Unsymmetrie erzeugt eine charakteristische Signalkomponente mit der doppelten Frequenz der Frequenz mit welcher die Sekundärwicklung 4 angeregt wird. Ein Vergleichs-Signal mit der doppelten Frequenz - zur Detektion der charakteristischen Signalkomponente - kann vor dem Frequenzteiler 17 abgegriffen werden.

[0038] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Wechselstrommessanordnung 5 und die Gleichstrommessanordnung 6 wenigstens mittelbar schaltungstechnisch mit dem ersten Kontaktpunkt 8 der Sekundärwicklung 4 und dem zweiten Kontaktpunkt 9 der Sekundärwicklung 4 verbunden sind. Dadurch kann die Spannungsdifferenz in der Sekundärwicklung 4 zur Erkennung von Fehlerströmen verwendet werden. Dadurch können weiters bereits bestehende Kontaktpunkte 8, 9 verwendet werden, wodurch der Herstellungsaufwand verringert wird. Dadurch kann auf einen weiteren Abgriff in der Sekundärwicklung 4 verzichtet werden.

[0039] Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass ein erster Eingang eines Differenzverstärkers 11 schaltungstechnisch mit dem ersten Kontaktpunkt 8 der Sekundärwicklung 4 verbunden ist, und dass ein zweiter Eingang des Differenzverstärkers 11 schaltungstechnisch mit dem zweiten Kontaktpunkt 9 der Sekundärwicklung 4 verbunden ist. Dadurch kann eine Aus

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AT 511 285 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt wertung des Signals der Sekundärwicklung 4 weitgehend ohne Einfluss auf dieses Signal erfolgen, da der Differenzverstärker 11 einen hohen Eingangswiderstand aufweist, womit nur eine geringe Leistung über den Differenzverstärker 11 abfließen kann. Weiters kann dadurch eine gute Gleichtaktunterdrückung erzielt werden.

[0040] Gemäß der bevorzugten Ausführungsform in der Figur kann vorgesehen sein, dass das Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 11 auf zwei verschiedenen Pfaden ausgewertet wird, wobei der erste Pfad Teil der Wechselstrommessanordnung 5, und der zweite Pfad Teil der Gleichstrommessanordnung 6 ist.

[0041] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass ein Ausgang des Differenzverstärkers 11 wenigstens mittelbar mit einem ersten Analog/Digital- Wandler 12 verbunden ist. Der erste Analog/Digital-Wandler 12 dient dabei zur Erfassung des wechselstromartigen Fehlerstromes. Dadurch wird auch eine Weiterverarbeitung des Signals durch einen Mikroprozessor 16 ermöglicht.

[0042] Dabei kann bevorzugt vorgesehen sein, dass zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 11 und dem ersten Analog/Digital-Wandler 12 schaltungstechnisch ein Antialiasingfilter 19 angeordnet ist. Dadurch können Aliasing-Effekte bei der Abtastung durch den ersten Analog/Digital-Wandler 12 vermieden werden.

[0043] Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Wechselstrommessanordnung 5 einen Kammfilter 21 aufweist, weichereine Signalkomponente mit einer vorgebbaren Frequenz, und dem ganzzahligen Vielfachen dieser vorgebbaren Frequenz, aus dem Signal entfernt.

[0044] Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die vorgebbare Frequenz der Frequenz der Oszillatoreinheit 7, oder der halben Frequenz der Oszillatoreinheit 7, entspricht. Dadurch können jene Wechselstromsignale, welche von der Oszillatoreinheit 7 verursacht werden, entfernt werden, und zuverlässig jene Wechselstromsignale erfasst werden, deren Ursache nicht in der Oszillatoreinheit 7 liegt.

[0045] Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Ausgang des Differenzverstärkers 11 mittels eines Synchrondetektors 13 und eines Integrators 14 mit einem zweiten Analog/Digital-Wandler 15 verbunden ist. Der zweite Analog/Digital-Wandler 15 dient dabei zur Erfassung des gleichstromartigen Fehlerstromes. Dadurch wird eine Weiterverarbeitung des Signals durch einen Mikroprozessor 16 ermöglicht.

[0046] Bevorzugt ist der Synchrondetektor 13 mit der Oszillatoreinheit 7 schaltungstechnisch verbunden. Dadurch filtert der Synchrondetektor 13 jene Teile des Signals heraus, welche in Phase mit dem Signal der Oszillatoreinheit 7 sind. Jene Teile des Signals am Ausgang des Differenzverstärkers 11, welche die doppelte Frequenz mit welcher die Spannungsdifferenz an der Sekundärwicklung 4 oszilliert aufweisen, sind dabei charakteristisch für die Verzerrungen der Magnetisierung des Kerns 3, welche durch einen gleichstromartigen Fehlerstrom verursacht werden.

[0047] Durch die Integration des Signals am Ausgang des Synchrondetektors 13 mittels des Integrators 14 entsteht ein Spannungswert, welcher dem gleichstromartigen Fehlerstrom proportional ist. Dadurch besteht die Möglichkeit den gleichstromartigen Fehlerstrom zu messen und/oder zu bewerten.

[0048] Der Integrator 14 kann gemäß der bevorzugten Ausführungsform beispielsweise einen Widerstand, einen Operationsverstärker und einen Kondensator aufweisen. Der Integrator 14 kann aber auch nach einer der unzähligen anderen bekannten Bauformen ausgeführt sein.

[0049] Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Wechselstrommessanordnung 5 und die Gleichstrommessanordnung 6 einen Mikroprozessor 16, oder einen Mikro-Controller umfassen. Dadurch können mehrere Schritte auf eine ressourcenschonenden und zuverlässigen Art ausgeführt werden. Weiters ist ein Mikroprozessor 16, bzw. Mikro-Controller sehr flexibel in der Datenverarbeitung. Beispielsweise kann durch den Mikroprozessor 16 ein Ereignisprotokoll erstellt werden, wodurch nachträglich die Ursache der Fehlerströme leichter ermittelt werden

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AT 511 285 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt kann. Ein Mikroprozessor 16 bietet weiters die Möglichkeit zusätzlicher Funktionen des Fehlerstromschutzschalters 1, beispielsweiser einer gelegentlichen Demagnetisierung des Summenstromwandlers 2. Außerdem besteht die Möglichkeit eines nachträglichen Updates, wodurch der Fehlerstromschutzschalter 1 einfach auf dem neuesten Stand gehalten werden kann.

[0050] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Mikroprozessor 16 dazu ausgebildet ist, das eingehende Signal in ein Frequenzspektrum, beispielsweise mittels FFT, aufzuspalten.

[0051] Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der erste Analog/Digital-Wandler 12 und/oder der zweite Analog/Digital-Wandler 15 als Teil des Mikroprozessors 16 ausgebildet ist. Dadurch können der erste Analog/Digital- Wandler 12 und/oder der zweite Analog/DigitalWandler 15 auf zuverlässige und ressourcenschonende Weise ausgebildet sein.

[0052] Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Kammfilter 21 als Teil des Mikroprozessors 16 ausgebildet ist. Dadurch kann der Kammfilter 21 ebenfalls besonders einfach ausgebildet werden. Weiters kann der Mikroprozessor 16 einen Kammfilter 21 mit hoher Trennschärfe, bzw. hoher Ordnung ausbilden.

[0053] Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Kammfilter 21 als separate Schaltung, beispielsweise als programmierbare Logikschaltung ausgebildet ist.

[0054] Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Mikroprozessor 16 schaltungstechnisch mit der Oszillatoreinheit 7 verbunden ist, um die Oszillatoreinheit 7 zu steuern. Die Oszillatoreinheit 7 kann auch in dem Mikroprozessor 16 integriert sein.

[0055] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass der Mikroprozessor 16 mit dem Auslöser, insbesondere einem Permanentmagnetauslöser 20, des Fehlerstromschutzschalters 1 verbunden ist. Dadurch kann der Mikroprozessor 16 im Falle der Detektion eines Fehlerstromes eine Auslösung des Fehlerstromschutzschalters 1 erwirken.

[0056] Weiters beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zur Fehlerstromerfassung, wobei ein auftretender Fehlerstrom mittels einer Strommesseinrichtung, insbesondere einem Summenstromwandler 2, zentral erfasst und ein Fehlerstromsignal gebildet wird, wobei das Fehlerstromsignal gleichzeitig parallel hinsichtlich Gleichfehlerstromanteilen und Wechselfehlerstromanteilen ausgewertet wird. Dadurch können die vorstehend beschriebenen Vorteile erzielt werden.

[0057] Der Gleichfehlerstromanteil des Fehlerstromsignals ist dabei jener Anteil des Fehlerstromsignals, welcher durch einen gleichstromartigen Fehlerstrom verursacht wird. Der Wechselfehlerstromanteil des Fehlerstromsignals ist dabei jener Anteil des Fehlerstromsignals, welcher durch einen wechselstromartigen Fehlerstrom verursacht wird.

[0058] Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die - als Summenstromwandler 2 ausgebildete - Strommesseinrichtung vorgebbar alternierend, insbesondere nicht linear, magnetisiert wird. Dadurch führt eine konstante Magnetisierung des Summenstromwandlers 2 durch einen gleichstromartigen Fehlerstrom zu einer Unsymmetrie der Magnetisierung, welche - wie vorstehend bereits dargelegt - dazu genutzt werden kann, um den gleichstromartigen Fehlerstrom zu erfassen.

[0059] Bevorzugt kann weiters vorgesehen sein, dass das Fehlerstromsignal vor Erfassung der Wechselfehlerstromanteile mit einem Kammfilter 21 gefiltert wird. Die Frequenzen der Signalkomponente, welche vom Kammfilter aus dem Fehlerstromsignal entfernt wird, entsprechen der Frequenz, mit welcher der Summenstromwandler 2 alternierend magnetisiert wird, und den Harmonischen dieser Frequenz. Dadurch wird die Erkennung der Wechselfehlerstromanteile nicht durch die alternierende Magnetisierung des Summenstromwandlers 2 beeinflusst.

[0060] Weiters kann bevorzugt das Fehlerstromsignal mittels einem Antialiasingfilters 19 in der Bandbreite begrenzt werden, um ein Auftreten des Aliasing-Effektes zu unterdrücken.

[0061] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass zur Erfassung der Gleichfehlerstromanteile das Fehlerstromsignal synchron und phasenrichtig zur doppelten Frequenz der alternierenden Magnetisierung des Summenstromwandlers 2 abgetastet wird. Dadurch kann ein gleichstromar

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AT 511 285 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt tiger Fehlerstrom zuverlässig detektiert werden, da es durch die gleichmäßige Magnetisierung des Summenstromwandlers 2 durch den gleichstromartigen Fehlerstrom zu einem charakteristischen Fehlerstromsignal, welches synchron und phasenrichtig zur doppelten Frequenz der alternierenden Magnetisierung des Summenstromwandlers 2 ist, kommt.

[0062] Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann.

Claims (9)

1. Fehlerstromschutzschalter (1) mit einem Summenstromwandler (2) zur Fehlerstromerfassung, wobei auf einem Kern (3) des Summenstromwandlers (2) eine Sekundärwicklung (4) angeordnet ist, wobei der Fehlerstromschutzschalter (1) eine Wechselstrommessanordnung (5) und eine Gleichstrommessanordnung (6) aufweist, wobei die Wechselstrommessanordnung (5) und die Gleichstrommessanordnung (6) zum gleichzeitigen parallelen Betrieb mit der Sekundärwicklung (4) unterbrecherfrei schaltungstechnisch verbunden sind, wobei die Gleichstrommessanordnung (6) eine Oszillatoreinheit (7) aufweist, zur vorgebbaren, insbesondere nichtlinearen, Magnetisierung des Kerns (3) des Summenstromwandlers (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatoreinheit (7) mit einem Frequenzteiler (17) verbunden ist, dass der Frequenzteiler (17) mit einem ersten Kontaktpunkt (8) der Sekundärwicklung (4) verbunden ist, und dass ein Synchrondetektor (13) mit der Oszillatoreinheit (7) schaltungstechnisch verbunden, und dass die die Wechselstrommessanordnung (5) einen Kammfilter (21) aufweist, welcher eine Signalkomponente mit einer vorgebbaren Frequenz, und dem ganzzahligen Vielfachen dieser vorgebbaren Frequenz, aus dem Signal entfernt.

2. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kontaktpunkt (9) der Sekundärwicklung (4) schaltungstechnisch mittels eines ersten Widerstandes (10) mit Masse verbunden ist.

3. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstrommessanordnung (5) und die Gleichstrommessanordnung (6) wenigstens mittelbar schaltungstechnisch mit dem ersten Kontaktpunkt (8) der Sekundärwicklung (4) und dem zweiten Kontaktpunkt (9) der Sekundärwicklung (4) verbunden sind.

4. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Eingang eines Differenzverstärkers (11) schaltungstechnisch mit dem ersten Kontaktpunkt (8) der Sekundärwicklung (4) verbunden ist, und dass ein zweiter Eingang des Differenzverstärkers (11) schaltungstechnisch mit dem zweiten Kontaktpunkt (9) der Sekundärwicklung (4) verbunden ist.

5. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang des Differenzverstärkers (11) wenigstens mittelbar mit einem ersten Analog/DigitalWandler (12) verbunden ist.

6. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Differenzverstärkers (11) mittels eines Synchrondetektors (13) und eines Integrators (14) mit einem zweiten Analog/Digital-Wandler (15) verbunden ist.

7. Fehlerstromschutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstrommessanordnung (5) und die Gleichstrommessanordnung (6) einen Mikroprozessor (16) umfassen.

8. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Analog/Digital-Wandler (12) und/oder der zweite Analog/Digital- Wandler (15) als Teil des Mikroprozessors (16) ausgebildet ist.

9. Verfahren zur Fehlerstromerfassung, wobei ein auftretender Fehlerstrom mittels einer Strommesseinrichtung zentral erfasst und ein Fehlerstromsignal gebildet wird, wobei das Fehlerstromsignal gleichzeitig parallel hinsichtlich Gleichfehlerstromanteilen und Wechselfehlerstromanteilen ausgewertet wird, wobei die - als Summenstromwandler (2) ausgebildete - Strommesseinrichtung vorgebbar alternierend, insbesondere nicht linear, magnetisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Gleichfehlerstromanteile das Fehlerstromsignal synchron und phasenrichtig zur doppelten Frequenz der alternierenden Magnetisierung des Summenstromwandlers (2) abgetastet wird, und dass das Fehlerstromsignal vor Erfassung der Wechselfehlerstromanteile mit einem Kammfilter (21) gefiltert wird.