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Die
Erfindung befasst sich mit dem Schutz vor in einem Stromkreis auftretenden
Lichtbögen.
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Ein
Lichtbogen kann in einem Stromkreis z. B. auftreten, wenn ein Lichtschalter
defekt ist und der Abstand zwischen zwei Kontakten des Lichtschalters zu
klein ist, als dass der Stromfluss unterbrochen werden könnte.
Dann bildet sich eben zwischen den zwei Kontakten ein Lichtbogen
aus. Neben einem im Stromkreis in Serie sich ausbildenden Lichtbogen kann
der Lichtbogen auch zwischen Phase und Neutralleiter des Stromkreises
entstehen. Treten Lichtbögen auf, so erhöht sich
die Temperatur der umliegenden Bauteile, und es kann ein Brand entstehen.
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Es
ist daher sinnvoll, eine Einrichtung bereitzustellen, mit der ein
Schutz vor Lichtbögen gewährleistet ist. In den
USA, in denen die so genannte UL-Technik (Underwriters laboratories,
Norm mit 110 V Netzspannung) verwendet wird, sind derartige Einrichtung
sogar vorgeschrieben. Dort werden Lichtbogenschutzschalter eingesetzt,
und zwar erfassen diese anhand vorbestimmter Kriterien, ob ein Lichtbogen
in dem Stromkreis vorliegt und weisen selbst einen Trennkontakt
auf, der im Falle des Vorliegens eines Lichtbogens geöffnet
wird. Die in Lichtbogenschutzschaltern verwendeten Prinzipien sind
in
US-Patent 5,729,145 und
US-Patent 6,031,699 beschrieben.
In den europäischen Ländern, in denen die IEC-Technik
(International Electrotechnical Commission, Norm mit einer Spannung
von 230 V) eingesetzt wird, sind Lichtbogenschutzschalter nicht
zwingend vorgeschrieben. Stromkreise in IEC-Technik sind mit Leitungsschutzschalter
und Fehlerschutzstromschalter geschützt. Manchmal wird
ein Leitungsschutzschalter mit einem Fehlerstromschutzmodul verbunden,
das keine eigenen Trennkontakte aufweist. Sollte zu diesen Einheiten
noch ein eigener Lichtbogenschutzschalter hinzutreten, wäre
dies mit einem hohen Aufwand verbunden.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Schutz von Stromkreisen, insbesondere
solchen in IEC-Technik, vor Lichtbögen zu ermöglichen,
ohne dass ein übermäßiger Aufwand getrieben
wird.
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Die
Aufgabe wird durch ein mit einem Schutzschalter mechanisch koppelbares
Modul mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1
und eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch
8 gelöst.
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Die
Erfindung besteht in der Erweiterung eines so genannten Fehlerstromschutzschaltermoduls. Während
ein Schutzschalter in den zu schützenden Stromkreis geschaltet
wird und Trennkontakte aufweist, die dazu dienen, besagten Stromkreis
zu unterbrechen, nutzt ein mit einem solchen Schutzschalter mechanisch
koppelbares Modul zum Unterbrechen des Stromkreise eben die Trennkontakte
des Schutzschalters. Ein solches Modul muss zunächst einmal
im Falle eines Fehlerstroms auf diese Trennkontakte einwirken, und
hierzu muss durch das Modul ein solcher Fehlerstrom überhaupt
erfassbar sein. Dies ist nur möglich, wenn auch das Modul,
so wie eben der Schutzschalter, in den Stromkreis geschaltet wird.
Hierzu weist es für jeden Leiter des Stromkreises (Phase
oder Nullleiter bzw. drei Phasen und Nullleiter) einen Eingangsanschluss
und einen Ausgangsanschluss auf, wobei diese paarweise über eine
Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Ein Fehlerstrom ist
dadurch erkennbar, dass in einer Hinrichtung ein Strom fließt,
dieser aber nicht mehr über die Rückrichtung in
dem Stromkreis zurückfließt, sondern anderweitig
abfließt. Der Fehlerschutzstromschalter umfasst nun geeignete
Mittel, nämlich solche die genau für eine Fehlerstromschutzfunktion
bereitgestellt sind, die bei einer einen Grenzwert überschreitenden
Differenz zwischen der Stromstärke eines durch zumindest
eine erste der Verbindungsleitungen in eine Hinrichtung fließenden Stroms
einerseits und der Stromstärke eines durch zumindest eine
zweite der Verbindungsleitungen in einer Rück richtung fließenden
Stroms andererseits zumindest mittelbar (üblicherweise über
ein von den Mitteln bewegtes Element, z. B. einen Haltemagneten)
auf eine mechanische Auslöseeinrichtung einwirken. Die
mechanische Auslöseeinrichtung ist derart gebaut und an
dem Modul angeordnet, dass sie bei Kopplung des Moduls mit einem
Schutzschalter, der passend hierzu ebenfalls ausgelegt ist, auf
diesen einwirkt (und insbesondere dessen Trennkontakte über
eine mechanische Auslöseeinrichtung des Schutzschalters öffnet).
Fehlerstromschutzmodule umfassen üblicherweise auch Mittel
zum wahlweisen Erzeugen eines nur über die zumindest erste
oder nur über die zumindest zweite der Verbindungsleitungen
fließenden Stroms, wobei vorliegend lediglich derjenige
Teilabschnitt der Verbindungsleitungen von Interesse ist, der die
für eine Fehlerschutzstromfunktion bereitgestellten Mittel
durchläuft, also in einem Erfassungsbereich der für
die Fehlerstromfunktion bereitgestellten Mittel bereitgestellt ist.
Die Mittel zum wahlweisen Erzeugen eines solchen Strom simulieren
nämlich einen Fehlerstrom aus Sicht der für eine Fehlerstromschutzfunktion
bereitgestellten Mittel, so dass der Mechanismus des Auslösens
auch wahlweise zu Überprüfungszwecken einsetzbar
ist. Bei dem erfindungsgemäßen Modul wird den
Mitteln zum wahlweisen Erzeugen eine andere Funktion oder zumindest
eine Zusatzfunktion gegeben, und zwar wird besagter von den Mitteln
zum wahlweisen Erzeugen hervorgerufene Strom außer zum
Prüfen vor allem im Fall des Auftretens eines Lichtbogens
benutzt. Geeignete Mittel zum Erfassen stellen fest, ob ein Lichtbogen
in dem Stromkreis, in den das Modul geschaltet ist, auftritt. Eine
entsprechende Information oder entsprechende Signale werden an eine
Steuereinrichtung weitergegeben, die mit den Mitteln zum Erfassen
gekoppelt ist. Eine Steuereinrichtung kann auch Teil der Mittel
zum Erfassen sein und verfügt dann automatisch über
besagte Informationen. Die Steuermittel zum wahlweisen Erzeugen
sind nun elektrisch ansteuerbar gestaltet, z. B. über ein
einfaches Relais. Die Steuereinrichtung ist mit diesen Mitteln zum
wahlweisen Erzeugen gekoppelt, z. B. mit besagtem Relais, das zu
den Mitteln zum wahlweisen Erzeugen dazugehört. Im Falle
des Erkennens des Auftretens eines Lichtbogens in dem zu schützenden Stromkreis
werden die Mittel zum wahlweisen Erzeugen aktiviert, es fließt
ein Strom, der in den für eine Fehlerstromschutzfunktion
bereitgestellten Mitteln dieselbe Wirkung hervorruft wie ein Fehlerstrom,
so dass es zum mechanischen Auslösen der Auslöseeinrichtung
kommt und ein mit dem Modul gekoppelter Schutzschalter veranlasst
wird, seine Trennkontakte zu öffnen.
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Die
Mittel zum Erfassen, ob ein Lichtbogen auftritt, können
relativ unaufwändig in einem Fehlerstromschutzmodul bekannter
Art vorgesehen werden, wobei weiterhin eine kompakte Bauweise des Moduls
gewährleistet ist. Es steht durch eine erfindungsgemäße
Erweiterung eines Fehlerstromschutzmoduls um eine Lichtbogenschutzfunktion
die Möglichkeit eines Lichtbogenschutzes in einfacher Weise
zur Verfügung, und es muss für den Lichtbogenschutz
insbesondere kein geeigneter Schutzschalter oder ein geeignetes
Modul bereitgestellt werden. Die Lichtbogenschutzfunktion nutzt
hierbei ohnehin vorhandene Funktionalitäten des Fehlerstromschutzmoduls.
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Die
Erfindung spiegelt sich auch in einer Anordnung gemäß Patentanspruch
8 wider. Es handelt sich hierbei um eine Reihenschaltung aus einem
Leitungsschutzschalter und einem erfindungsgemäßen Modul.
Selbstverständlich muss nicht nur das Modul mechanisch
an einen Schutzschalter koppelbar sein, sondern umgekehrt muss auch
der Leitungsschutzschalter mit dem Modul mechanisch koppelbar gestaltet
sein und auch tatsächlich gekoppelt sein. Die Kopplung
erfolgt insbesondere über die mechanischen Auslöseeinrichtungen,
und zwar sollte bei Kopplung von Modul und Leitungsschutzschalter
die Auslöseeinrichtung des Moduls eben auf eine Auslöseeinrichtung
des Leitungsschutzschalters einzuwirken ausgelegt sein und im Betrieb,
eben bei einem Fehlerstrom oder beim Auftreten eines Lichtbogens, tatsächlich
einwirken. Die mechanische Auslöseeinrichtung des Leitungsschutzschalters
wiederum sollte zumindest einen Trennkontakt öffnen können,
wodurch dann eben der Stromkreis unterbrochen wird, in dem die Reihenschaltung
schaltbar bzw. tatsächlich geschaltet ist.
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Die
Mittel zum Erfassen erkennen üblicherweise einen Lichtbogen
aufgrund bestimmter Merkmale des Stroms in dem Stromkreis. Strom
fließt in dem Stromkreis nun über die Verbindungsleitungen zwischen
den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des erfindungsgemäßen
Moduls, und die Mittel zum Erfassen können an zumindest
einer dieser Verbindungsleitungen eben eine Information über
den in dem Stromkreis fließenden Strom im Betrieb gewinnen.
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Eine
zum Erfassen, ob ein Lichtbogen in dem Stromkreis auftritt, wichtige
Information ist die Amplitude des Stroms. Geeignete Mittel zum Messen
dieser Amplitude sollten daher bereitgestellt sein, und diese können
einen Stromwandler und einen nachgeschalteten Verstärker
umfassen. Der Stromwandler muss lediglich an einer einzigen der
Verbindungsleitungen angeordnet sein.
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Es
kann auch anhand des Hochfrequenzrauschens des Stroms erfasst werden,
ob ein Lichtbogen im Stromkreis auftritt. Somit umfassen die Mittel zum
Erfassen in einer bevorzugten Ausführungsform einen Hochfrequenzempfänger.
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Zu
den Mitteln zum Erfassen gehört bevorzugt auch eine Auswerteeinheit,
die bevorzugt eine elektronische Auswerteeinheit ist, und diese
empfängt von den Mitteln zum Messen der Amplitude die Messsignale
und die Ausgangssignale des HF-Empfängers. Bei Erfüllung
bestimmter Kriterien steuert die Auswerteeinheit einen Schalter
an. Dieser Schalter kann bei einer Ausführungsform Teil
der Mittel zum wahlweisen Erzeugen sein, wobei sich das „wahlweise"
dann auf ein Schließen des Schalters bezieht. Die Auswerteeinheit,
die als Mikrocontroller ausgebildet sein kann, auf dem ein Algorithmus
abläuft, kann nach sehr komplexen Kriterien und Kriterienkombinationen
vorgehen. Die beiden Hauptkriterien, anhand derer erfasst werden
kann, ob ein Lichtbogen auftritt, bestehen in dem Überschreiten
einer bestimmten Amplitude durch den Strom, z. B. wenn die Stromstärke
5 A überschreitet, und in einer pe riodischen Variation
des hochfrequenten Rauschens mit dem Strom.
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In
einem Fehlerstromschutzmodul wird als für eine Fehlerstromschutzfunktion
bereitgestellte Mittel üblicherweise ein Summenstromwandler
verwendet, und die mechanische Auslöseeinrichtung wird
eben durch einen im Bereich einer Sekundärwicklung des
Summenstromwandlers bereitgestellten Magneten betätigt. „Im
Bereich einer Sekundärwicklung bereitgestellt" bedeutet
hierbei, dass bei den erwartbaren Amplituden eines Fehlerstroms
in der Sekundärwicklung ein bestimmtes Magnetfeld erzeugt
wird, und dass der Magnet eben durch ein Magnetfeld einer solchen
Höhe bewegbar ist.
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Die
Mittel zum wahlweisen Erzeugen können bei Verwendung eines
Summenstromwandlers ganz einfach eine über einen Schalter
trennbare Verbindung umfassen, und zwar werden ein Anschluss an einer
Verbindungsleitung auf einer Eingangsseite des Summenstromwandlers
und ein Anschluss an einer anderen Verbindungsleitung auf einer
Ausgangsseite des Summenstromwandlers miteinander verbunden. Der
Abschnitt der Verbindungsleitungen vom Eingangsanschluss zum Ausgangsanschluss des
Moduls, der von der Eingangsseite zur Ausgangsseite verläuft,
ist eben genau der oben genannte Erfassungsbereich des Summenstromwandlers. Der
Schalter in der Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen
ist genau der Schalter, der in einer bevorzugten Ausführungsform
durch die oben genannte Auswerteeinheit betätigt wird.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter
Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die einzige FIG eine
erfindungsgemäße Anordnung, nämlich Reihenschaltung,
veranschaulicht, bei der ein erfindungsgemäßes
Modul mit einem Leitungsschutzschalter gekoppelt ist.
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Die
in der 1 gezeigte Anordnung 10 ist eine Reihenschaltung
aus einem Leitungsschutzschalter 18 und einem erfindungsgemäßen
Modul 20, und zwar sind diese als Teil eines Stromkreises vorgesehen,
um auf den Stromfluss innerhalb diese Stromkreis Einfluss zu nehmen.
Die Anordnung wird über Leitungen 12, 12' mit
einer Spannungsquelle, üblicherweise dem Versorgungsnetz,
gekoppelt. Auf der anderen Seite sind die Verbraucher angekoppelt, vorliegend
ist symbolisch der Verbraucher 14 dargestellt. Der bei
der Anordnung 10 verwendete Leitungsschutzschalter 18 ist
prinzipiell bekannt. Der Leitungsschutzschalter 18 ist
Teil der erfindungsgemäßen Anordnung 10,
weil das erfindungsgemäße Modul 20 ein
Schalten des Leitungsschutzschalters 18 hervorruft.
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In
an sich bekannter Weise weist der Leitungsschutzschalter 18 pro
Leitung einen thermischen Auslöser 24 bzw. 24' und
einen magnetischen Auslöser 26 bzw. 26' auf.
Die thermischen Auslöser 24, 24' sind üblicherweise
als Bimetallelemente ausgeführt. Jeder thermische Auslöser 24, 24' soll
ein Unterbrechen des Stromkreises, also der Verbindung zwischen
den Leitungen 12, 12' einerseits und dem Verbraucher 14 andererseits,
bewirken, wenn der fließende Strom dauerhaft eine zu hohe
Stromstärke hat. Ein Bimetallelement verbiegt sich aufgrund
der ohmschen Wärme bei einem Überstrom. Der thermische
Auslöser 24 bzw. 24' wirkt dann auf einen Trennkontakt 28 bzw. 28' ein.
Die Trennkontakte 28 bzw. 28' sind in einer Verbindungsleitung
zwischen einem Eingangsanschluss 30 bzw. 30' einerseits
und einem Ausgangsanschluss 32 bzw. 32' des Leitungsschalters 18 andererseits
angeordnet.
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Die
magnetischen Auslöser 26 dienen ebenfalls zum Öffnen
der Trennkontakte 28 bzw. 28', und zwar bei einem
Kurzschlussstrom. Die magnetischen Auslöser 26, 26' sind
in der FIG durch eine Spule symbolisiert, denn üblicherweise
induziert der Kurzschlussstrom in jedem magnetischen Auslöser 26, 26' ein
Magnetfeld, und dies bewirkt eine Verschiebung eines in den FIG
nicht gezeigten mechanischen Elements, das eben auf die Kontakte 28 bzw. 28' einwirkt.
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Das
Modul 20 ist nun in Reihe zu dem Leitungsschutzschalter 18 geschaltet.
Hierzu weist das Module 20 jeweils Eingangsan schlösse 48 bzw. 48' und
Ausgangsanschlüsse 50 bzw. 50' auf. Eine
Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsanschluss 48 und
dem Ausgangsanschluss 50 einerseits sowie eine Verbindungsleitung
zwischen dem Eingangsanschluss 48' und dem Ausgangsanschluss 50' andererseits
ist dadurch in den Stromkreis schaltbar. Vorliegend ist der Ausgangsanschluss 32 des
Leitungsschalters 18 mit dem Eingangsanschluss 48 des
Moduls 20 verbunden und der Ausgangsanschluss 32' des
Leitungsschalters 18 mit dem Eingangsanschluss 48' des
Moduls 20 bzw. 22 verbunden. Hierzu können
die in den FIG gezeigten Verbindungsleitungen 52 bzw. 52' eingesetzt
werden, es kann aber auch eine direkte Ankopplung durch Verwendung von
geeigneten Steckkontakten an dem Leitungsschutzschalter 18 einerseits
und dem Modul 20 andererseits erfolgen. Der Verbraucher 14 ist
an einer Seite mit dem Ausgangsanschluss 50 des Moduls 20 bzw. 22 und
an der anderen Seite mit dem Ausgangsanschluss 50' des
Moduls 20 bzw. 22 verbunden.
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Das
Modul 20 ist nichts anderes als ein an sich bekanntes Fehlerstromschutzmodul,
das um eine Funktionalität erweitert ist. Im Folgenden
wird zunächst die herkömmliche Fehlerstromfunktionalität beschrieben:
In dem Modul 20 ist hierzu ein Summenstromwandler 34 vorgesehen.
Durch den Summenstromwandler 34 sind beide Verbindungsleitungen,
vom Anschluss 48 zum Anschluss 50 einerseits und
vom Anschluss 48' zum Anschluss 50' andererseits
geführt.
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Im
Regelfall, dass kein Fehlerstrom auftritt, also sämtlicher
Strom, der über eine der Leitungen 12 und 12' zugeführt
wird, auch über die jeweils andere Leitung der Leitungen 12 und 12' zurückgeführt wird,
gleichen sich die Ströme in den beiden Verbindungsleitungen,
die durch den Summenstromwandler 34 geführt sind,
genau aus, und insbesondere heben sich die durch diese Ströme
erzeugten Magnetfelder auf. Sobald ein Fehlerstrom auftritt, wird
in dem Summenstromwandler 34 ein Restmagnetfeld induziert.
Dieses induziert einen Strom in einer Sekundärwicklung 36 des
Summenstromwandlers 34, wodurch ein Haltemagnet 38 bewegt
wird, der auf einen Auslösemechanismus 40 einwirkt.
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Kennzeichen
des Auslösemechanismus 40 ist, dass er nur bei
einer mechanischen Kopplung des Moduls 20 mit dem Leitungsschutzschalter 18 sinnvoll
ist.
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Von
Fehlerstromschutzmodulen ist es bekannt, einen Auslösemechanismus
wie den Auslösemechanismus 40 in dem Modul anzuordnen,
der mit einem Auslösemechanismus eines Leitungsschutzschalters,
der Trennkontakte aufweist, bei vorbestimmten Ausführungen
eines solchen Schutzschalters koppelbar ist, damit eben der Auslösemechanismus
des Moduls letztlich das Öffnen der Trennkontakte des angekoppelten
Schutzschalters bewirkt. Dieses Prinzip ist vorliegend auch bei
dem Modul 20 eingesetzt. Der Auslösemechanismus 40 des
Moduls ist mit den Auslesemechanismen 72, 72' des
Leitungsschutzschalters 18 koppelbar.
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Bei
dem Modul 20 ist auf eigene Trennkontakte verzichtet, und
es werden die in einem IEC-System ohnehin vorhandenen Trennkontakte 28, 28' des Leitungsschutzschalters 18 zum
Unterbrechen des Stromkreises eingesetzt.
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Ist
die Funktionalität eines Fehlerschutzstromschalters bereitgestellt,
ist regelmäßig eine Prüfmöglichkeit
vorgesehen. Hierzu ist eine Verbindungsleitung 42 bereitgestellt,
und zwar verbindet diese den einen Eingangsanschluss 50' mit
dem anderen Eingangsanschluss 50 derart, dass ein fließender
Strom den Summenstromwandler 34 nur einfach durchläuft.
Vorliegend ist durch die Verbindungsleitung 42 der in der 1 rechte
Durchlauf des Summenstromwandlers 34 umgangen, und der
Strom fließt lediglich durch den linken Durchlauf, also
in dem Abschnitt der Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsanschluss 50 und
dem Ausgangsanschluss 48. Damit der Strom über
die Verbindungsleitung 42 begrenzt ist, ist ein Widerstandselement 44 vorgesehen.
Der Strom soll nicht ständig über die Verbindungsleitung 42 fließen.
Daher ist diese durch einen Schalter 46 unterbrochen. Bei
herkömmlichen Fehlerstromschutzmodulen ist der Schalter 46 vermittels einer
Prüftaste unmittelbar betätigbar. Dies ist vorliegend
nicht der Fall, sondern der Schalter 46 wird über ein
Relais (in der FIG nicht gezeigt) elektrisch gesteuert. Dies wird
für eine Lichtbogenschutzfunktion eingesetzt.
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Es
sei nochmals Folgendes festgestellt: Der Leitungsschutzschalter 18 bewirkt
ein Unterbrechen des Stromkreises bei einem Überstrom und
bei einem Kurzschlussstrom. Das Modul 20 unterbricht darüber
hinaus den Stromkreis bei einem Fehlerstrom durch Auslösen
der Trennkontakte 28, 28' des Leitungsschutzschalters 18.
Nun soll der Stromkreis auch dann unterbrochen werden, wenn in dem Stromkreis
an irgendeiner Stelle ein Lichtbogen aufgetreten ist. Hierzu muss
zunächst einmal überhaupt erkannt werden, dass
ein solcher Lichtbogen aufgetreten ist. Der Lichtbogen kann nicht
am Ort seines Auftretens, das bei einem beliebigen Verbraucher sein
kann, erkannt werden, sondern muss anhand des Stromflusses in dem
Stromkreis erkannt werden. Das Modul 20 weist hierzu zwei
verschiedene Einheiten auf: Zum einen ist eine der Verbindungsleitungen zwischen
Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss des Moduls 20,
vorliegend die Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsanschluss 48' und dem
Ausgangsanschluss 50', durch einen Stromwandler 54 geführt.
Dem Stromwandler 54 ist ein Verstärkermodul 56 nachgeordnet,
und das Verstärkermodul 56 ist mit einer Auswerte-
und Steuereinheit 58 verbunden. Letzterer werden somit
Daten über den in dem Stromkreis fließenden Laststrom
zugeführt, wobei vorliegend von der Auswerteeinheit insbesondere die
Amplitude des Laststroms erfasst wird. Als zweite Messeinheit, die
zum Erfassen dient, ob ein Lichtbogen in dem Stromkreis auftritt,
ist ein Hochfrequenzempfänger 60 in dem Modul 20 bereitgestellt,
und zwar greift er Signale zwischen der Verbindungsleitung zwischen
dem Eingangsanschluss 48 und dem Ausgangsanschluss 50 einerseits
und der Verbindungsleitung zwischen dem Eingangsanschluss 48' und
dem Ausgangsanschluss 50' andererseits ab. Die Messsignale
werden ebenfalls der Auswerte- und Steuereinheit 58 zuge führt.
Die Auswerte- und Steuereinheit 58 kann ein herkömmlicher
Mikrocontroller sein. Um diesen mit Energie zu versorgen, ist ein Gleichrichter
(AC/DC-Spannungswandler) 62 bereitgestellt, der die notwendige
Gleichspannung zum Betrieb des Mikrocontrollers bereitstellt.
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In
der Auswerte- und Steuereinheit
58 wird ein Algorithmus
eingesetzt, um anhand der von dem Verstärker
56 und
dem Hochfrequenzempfänger
60 zugeführten
Signale zu erkennen, ob in dem Stromkreis ein Lichtbogen aufgetreten
ist bzw. zumindest aufgetreten sein könnte. Ein Lichtbogen
ist zum einen durch einen Anstieg der Stromamplitude über
ein vorbestimmtes Niveau oder auch bestimmte Stromsteigerungen erkennbar.
Genaueres hierzu ist in dem
US-Patent
6,031,699 beschrieben. Ein Lichtbogen ist zum anderen auch
anhand des Hochfrequenzrauschens erkennbar, insbesondere an einem
periodischen Verhalten desselben mit dem Strom. Details hierzu sind
in dem
US-Patent 5,729,45 beschrieben. Der
von der Auswerte- und Steuereinheit
58 verwendete Algorithmus
kann beide Kriterien alternativ, bevorzugt aber in Kombination verwenden,
wobei über die genannten einfachen Zusammenhänge
hinaus auch kompliziertere Zusammenhänge durch einen geeigneten
Algorithmus erkennbar sein können. Beim Modul
20 wird
also durch die Mittel
54,
56,
60 und
den Auswertealgorithmus in der Auswerte- und Steuereinheit
58 erfasst,
ob ein Lichtbogen in dem Stromkreis auftritt.
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Diese
Erfassung ist selbstverständlich nur dann sinnvoll, wenn
eine Unterbrechung des Stromkreises nach dem Erkennen des Auftretens
eines Lichtbogens erfolgt.
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Das
Unterbrechen des Stromkreises erfolgt nun ganz einfach unter Verwendung
der Verbindungsleitung 42: Sobald die Auswerte- und Steuereinheit 58 das
Auftreten eines Lichtbogens erfasst hat, steuert sie das zum Schalter 46 gehörende
Relais derart an, dass der Schalter 46 geschlossen wird. Dann
fließt ein solcher Strom, dass in dem Stromwandler 34 dieselbe
Wirkung erzielt wird, als würde ein realer Fehlerstrom
fließen, so dass der mechanische Auslösemechanismus 40 betätigt
wird, dieser auf die Auslösemechanismen 72 und 72' einwirkt
und die Trennkontakte 28 und 28' wunschgemäß geöffnet werden.
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Kennzeichen
des Moduls ist somit, dass die mechanische Kopplung nicht nur im
Falle eines realen Fehlerstroms zum Öffnen der Trennkontakte 28 und 28' eingesetzt
wird, sondern auch im Falle des Auftretens eines Lichtbogens. Ein
herkömmliches Fehlerstromschutzmodul kann einfach durch
die Mittel zum Erfassen 54, 56, 58, 60 ergänzt
werden.
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An
die Stelle der direkt mit dem Schalter 46 gekoppelten Prüftaste
tritt bevorzugt eine Prüftaste 80, die einen Stromkreis
schließt, wobei der Stromfluss durch die Auswerte- und
Steuereinheit 58 erkannt wird, diese ihren Algorithmus
durchlaufen lässt und das zu dem Schalter 46 gehörende
Relais testweise ansteuert.
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Eine
Anzeige 82 zeigt den Zustand des Moduls und die erfasste
Ursache der letzten Auslösung an, dadurch kann ein Techniker
schnell feststellen, ob tatsächlich ein gefährlicher
Lichtbogen die Ursache der Auslösung war, oder ob lediglich
ein Isolationsfehler vorliegt, denn die Mittel zum Erfassen, ob
ein Lichtbogen auftritt, können lediglich vorbestimmte Kriterien
verwenden und nicht mit letzter Sicherheit gewährleisten,
dass real ein Lichtbogen erkannt wird. Im Zweifel lösen
sie aus.
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- 10
- Anordnung
- 12,
12'
- Leitungen
- 14
- Verbraucher
- 18
- Schutzschalter
- 20
- Modul
- 24,
24', 26, 26'
- Auslöser
- 28,
28'
- Trennkontakte
- 30,
30'
- Eingangsanschlüsse
- 32,
32'
- Ausgangsanschlüsse
- 34,
54
- Stromwandler
- 36
- Sekundärwicklung
- 38
- Haltemagnet
- 40,
72, 72'
- Auslösemechanismen
- 42
- Verbindungsleitung
- 44
- Widerstandselement
- 46
- Schalter
- 48,
48'
- Eingangsanschlüsse
- 50,
50'
- Ausgangsanschlüsse
- 52,
52'
- Verbindungsleitungen
- 54
- Stromwandler
- 56
- Verstärkermodul
- 58
- Steuereinheit
- 60
- Hochfrequenzempfänger
- 62
- Gleichrichter
- 72,
72'
- Auslösemechanismen
- 80
- Prüftaste
- 82
- Anzeige
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5729145 [0003]
- - US 6031699 [0003, 0027]
- - US 572945 [0027]