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Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren für einen Fehlerstromschutzschalter für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.
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Fehlerstromschutzschalter für elektrische Stromkreise, insbesondere für Niederspannungsstromkreise bzw. -anlagen, sind allgemein bekannt. Fehlerstromschutzschalter werden auch als FI-Schutzschalter bzw. Residual Current Devices bezeichnet, kurz RCD.
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Mit Niederspannung sind Spannungen bis 1000 Volt Wechselspannung oder/und 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 25 Volt oder 50 Volt Wechselspannung sowie 60 Volt oder 120 Volt Gleichspannung sind.
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Mit Stromkreisen, insbesondere für Niederspannung, sind Stromkreise für Ströme bis zu 6300 Ampere gemeint, spezieller Ströme bis zu 1600 Ampere, 1200 Ampere, 630 Ampere, 125 Ampere oder 63 Ampere. Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn- oder/und Abschaltströme gemeint, d.h. der Strom der im Normalfall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw. bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie einem Leitungsschutzschalter oder einem Leistungsschalter.
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Fehlerstromschutzschalter werden insbesondere für Nennstrombereiche von bzw. bis zu 16, 25, 40, 63, 80 oder 125 Ampere eingesetzt.
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Fehlerstromschutzschalter ermitteln die Stromsumme in einem elektrischen Stromkreis, die im Normalfall null ist, und unterbrechen bei Überschreiten eines Differenzstromwertes, d.h. einer Stromsumme von ungleich null, die einen bestimmten (Differenz-)Stromwert respektive Fehlerstromwert übersteigt, den elektrischen Stromkreis.
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Fast alle bisherigen Fehlerstromschutzschalter weisen einen Summenstromwandler auf, dessen Primärwicklung durch die Leiter des Stromkreises gebildet wird und dessen Sekundärwicklung die Stromsumme abgibt, welche direkt oder indirekt zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises verwendet wird.
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Hierzu sind zwei oder mehr Leiter, meist Hin- und Rückleiter bzw. Außen- und Neutralleiter in einem Einphasenwechselstrom-Netz, alle drei Außenleiter oder alle drei Außenleiter und der Neutralleiter bei einem Dreiphasenwechselstromnetz, durch einen, meist einen ringförmigen Kern aus ferromagnetischen Material aufweisenden, Stromwandler geführt. Gewandelt wird nur der Differenzstrom, d.h. ein von Hin- und Rückstrom abweichender Strom, aus den Leitern. Üblicherweise, d.h. im fehlerfreien bzw. fehlerlosen Zustand, ist die Stromsumme in einem elektrischen Stromkreis gleich null. So können Fehlerströme erkannt werden.
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Fließt beispielsweise energiesenkenseitig bzw. verbraucherseitig ein Strom gegen Erde ab, so wird in diesem Zusammenhang von einem Fehlerstrom gesprochen. Ein Fehlerfall liegt beispielsweise dann vor, wenn eine elektrische Verbindung von einem Phasenleiter des elektrischen Stromkreises zur Erde existiert. Beispielsweise, wenn eine Person den Phasenleiter berührt. Dann fließt ein Teil des elektrischen Stromes nicht wie üblich über den Neutralleiter bzw. Nullleiter zurück, sondern über die Person und die Erde. Dieser Fehlerstrom kann nun mit Hilfe des Summenstromwandlers erfasst werden, da die betragsmäßig erfasste Summe aus zufließenden und zurückfließenden Strom ungleich Null ist. Über ein Relais bzw. einen Haltemagnet-Auslöser, beispielsweise mit verbundener Mechanik, wird eine Unterbrechung des Stromkreises, z.B. mindestens einer, eines Teils oder aller Leitungen bewirkt. Fehlerstromschutzschalter zur Erfassung von Wechselfehlerströmen sind allgemein aus der Druckschrift
DE 44 32 643 A1 bekannt.
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Die Hauptfunktion von Fehlerstromschutzschaltern ist Personen vor elektrischen Strömen (elektrischer Schlag) zu schützen, sowie Anlagen, Maschinen oder Gebäude vor Brand durch elektrische Isolationsfehler.
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Wenn der Fehlerstromschutzschalter bzw. dessen Summenstromwandler so ausgebildet ist, dass die sekundärseitige Energie zur Betätigung einer Auslöseeinheit bzw. einer Unterbrechungseinheit bzw. eines Auslösers ausreicht, dann nennt man derartige Fehlerstromschutzschalter netzspannungsunabhängig; andernfalls netzspannungsabhängig.
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In der Regel sind Fehlerstromschutzschalter netzspannungsunabhängig aufgebaut.
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Ist ein Netzteil zur Energieversorgung einer Fehlerstromerkennung vorgesehen, so handelt es sich um netzspannungsabhängige Fehlerstromschutzschalter. Diese sind beispielsweise erforderlich, um Fehlerströme in Gleichspannungsnetzen sowie gemischten Gleich/Wechselstromnetzen bzw. bei Stromkreisen mit hohen Frequenzen zu erkennen.
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Ein Fehlerstromschutzschalter besteht im Wesentlichen aus den Funktionsgruppen Summenstromwandler, Auslöseschaltkreis, Haltemagnet-Auslöser, Mechanik und Kontakte. Ferner ist in der Regel ein Prüfstromkreis mit Prüftaste und Prüfwiderstand vorgesehen. Die Funktionsfähigkeit des Fehlerstromschutzschalters bzw. der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung lässt sich über die Prüftaste kontrollieren.
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Fehlerstromschutzschalter gibt es in unterschiedlichen Typen, die durch Buchstaben bzw. Buchstabenkombinationen bezeichnet werden, wie AC, A, F, G, K, S, B, B+. Jeder Typ erfasst eine bestimmte Art von Fehlerströmen. Aktuell sind Fehlerstromschutzschalter 2-polig für Phasen- und Neutralleiter (L+N), 3-polig für drei Phasenleiter (L1, L2, L3) und 4-polig für drei Phasenleiter und Neutralleiter (L1, L2, L3, N) bekannt.
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Beispielsweise erfassen Typ AC nur rein sinusförmige Fehlerströme. Typ A erfasst sowohl rein sinusförmige Wechselströme als auch pulsierende Gleichfehlerströme. Typ F sind mischfrequenzsensitive Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. Sie erfassen alle Fehlerstromarten wie Typ A, darüber hinaus sind sie zur Erfassung von Fehlerströmen, die aus einem Frequenzgemisch von Frequenzen bis zu 1 kHz bestehen, geeignet. Typ K beinhaltet die Charakteristik des Typs A, allerdings ist er in seinem Abschaltverhalten kurzzeitverzögert. Typ S sind selektive Fehlerstromschutzschalter, die im Bemessungsdifferenzstrom als auch in der Auslösezeit gestaffelt werden können.
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Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs B dienen, neben der Erfassung der Fehlerstromformen des Typs F, auch zur Erfassung von glatten Gleichfehlerströmen. Ferner sind sie für Fehlerströme mit Frequenzen bis zu 2 kHz geeignet.
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Für Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs B+ gelten dieselben Bedingungen wie für Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs B. Lediglich der Frequenzbereich für die Erfassung von Fehlerströmen gilt für einen erweiterten Bereich bis 20 kHz. Die Auslösung erfolgt innerhalb dieses Frequenzbereiches unterhalb 420 mA.
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Neuerdings gibt es Fehlerstromschutzschalter mit einem netzspannungsunabhängigen und einem netzspannungsabhängigen Teil innerhalb eines Gerätes. Beispielsweise können Geräte des Typs B oder B+ solch eine Ausgestaltung aufweisen.
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Problematisch ist einerseits, wenn ein vorliegender Fehlerstrom nicht zur Auslösung bzw. Unterbrechung des Stromkreises führt, andererseits wenn eine unerwünschte Frühauslösung erfolgt.
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Bei Anlagen mit Frequenzumrichtern soll, neben dem Schutz gegen AC- und DC-Isolationsfehler, die Anlagenverfügbarkeit hoch sein. D.h. Fehlauslösungen, z.B. infolge technisch bedingter Ableitströme, sollen vermieden werden.
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Gerade bei FI-Schutzschaltern des Typs B und B+ gibt es häufig zwei unabhängige Detektionskreise, z.B. zwei Summenstromwandler, beispielsweise in Form eines netzspannungsunabhängigen und eines netzspannungsabhängigen Detektionskreises, welche infolge Detektionsredundanz, d.h. Überlagerung der Detektionsbereiche im Frequenzband, sowie des relativ großen Detektionstoleranzbands zum Problem (Frühauslöser) werden können.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2012 111 615 A1 offenbart einen Fehlerstromschutzschalter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei einem Fehlerstromschutzschalter (1) mit einer Sensoranordnung (2) zum netzspannungsunabhängigen Detektieren eines Fehlerstromes, und einer netzspannungsunabhängigen Auslöseschaltung (3), wobei die Sensoranordnung (2) einen Summenstromwandler (4) mit einer Sekundärwicklung (5) aufweist, welche Sekundärwicklung (5) mit der Auslöseschaltung (3) schaltungstechnisch verbunden ist, wird vorgeschlagen, dass der Fehlerstromschutzschalter (1) weiters aufweist: einen elektrischen Netzspannungsausgang (6), einen elektrischen Eingang (7), welcher mit der Auslöseschaltung (3) schaltungstechnisch verbunden ist, und eine elektrische Schutzschalterschnittstelle (8), welche mit einer, auf dem Summenstromwandler (4) angeordneten, Tertiärwicklung (9) schaltungstechnisch verbunden ist. Weiters wird ein Auslösemodul zur Verbindung mit dem Fehlerstromschutzschalter vorgeschlagen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere eine Frühauslösung zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird durch einen Fehlerstromschutzschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist ein Fehlerstromschutzschalter für einen Niederspannungsstromkreis vorgesehen, aufweisend:
- - mehrere Leiter (mit mehrere Leiter sind mindestens zwei Leiter gemeint) eines zu schützenden Niederspannungsstromkreises, die durch Kontakte öffenbar bzw. schließbar sind,
- - eine Mechanik zum Öffnen und (oder) Schließen der Kontakte,
- - einen mit der Mechanik verbundenen Haltemagnet-Auslöser, zum Öffnen der Kontakte,
- - einen ersten Summenstromwandler, dessen Primärseite durch die Leiter gebildet ist und der eine erste Sekundärwicklung aufweist,
- - eine erste Verbindung zwischen ersten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und ersten Anschluss des Haltemagnet-Auslösers,
- - eine zweite Verbindung zwischen zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und zweiten Anschluss des Haltemagnet-Auslösers,
- - einen zweiten Summenstromwandler, dessen Primärseite ebenfalls durch die Leiter gebildet ist und der eine zweite Sekundärwicklung aufweist,
- - eine mit der zweiten Sekundärwicklung verbundenen Auswerteeinheit, mit mindestens zwei Ausgängen, bei der ein erster Ausgang mit dem ersten Anschluss und ein zweiter Ausgang mit dem zweiten Anschluss des Haltemagnet-Auslösers verbunden ist.
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Die erste oder (und) zweite Verbindung weist einen Schaltkontakt auf.
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Dies hat den Vorteil, dass ein Detektionskreis, insbesondere ein Detektionskreis mit großem Detektionstoleranzband, abgeschaltet werden kann.
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Die Verbindungen zwischen erster Sekundärwicklung und Haltemagnet-Auslöser weisen eine Speicherschaltung auf.
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Dies hat den Vorteil, dass die Energie des ersten Summenstromwandlers bei Vorliegen von Fehlerströmen gespeichert wird, und bei Erreichen eines Schwellwertes die komplette Energie auf den Haltemagnet-Auslöser gegeben wird, um eine sichere Auslösung des Fehlerstromschutzschalters zu erreichen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erhält die Auswerteeinheit eine Energieversorgung durch mindestens einen Teil der Leiter, beispielsweise durch ein Netzteil, insbesondere Schaltnetzteil.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Energieversorgung zur Verfügung steht, so dass ein netzspannungsunabhängiger und ein netzspannungsabhängiger Detektionskreis realisierbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswerteeinheit einen Mikroprozessor auf.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache mikroprozessorgestützte Auswertung ermöglicht wird, die vielfältige Funktionen ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Auslöseansteuerung vorgesehen ist, die insbesondere Teil der Auswerteeinheit ist.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine sichere Auslösung in einem Fehlerstromschutzschalter ermöglicht wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Schaltkontakt ein Öffner, der durch die Auswerteeinheit betätigbar ist.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass beim Einschalten des Fehlerstromschutzschalters bzw. Zuschalten der Spannung auf die Leiter des Niederspannungsstromkreises beide Detektionskreise aktiv sind. Erst bei voller Verfügbarkeit des zweiten Detektionskreises, beispielsweise des netzspannungsabhängigen Detektionskreises, der durch eine Energieversorgung eine höhere Genauigkeit, d.h. ein genaueres Detektionstoleranzband aufweisen kann, wird der erste Detektionskreis abgeschaltet.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein korrespondierendes Verfahren für einen Fehlerstromschutzschalter für einen Niederspannungsstromkreis mit mehreren Leitern beansprucht, bei dem:
- - ein erster und ein zweiter Detektionskreis vorgesehen ist,
- - jeder Detektionskreis einen Differenzstrom der Leiter ermittelt,
- - bei Überschreitung eines Differenzstromschwellwertes (insbesondere eines Detektionskreises) ein Auslösesignal zu den Anschlüssen eines Haltemagnet-Auslösers zur Unterbrechung der Leiter des Niederspannungsstromkreises gesendet wird,
- - dass bei Vorliegen der Funktionalität des zweiten Detektionskreises der erste Detektionskreis inaktiv geschaltet wird.
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Insbesondere ist der erste Detektionskreis ein netzspannungsunabhängiger und der zweite Detektionskreis ein netzspannungsabhängiger Detektionskreis.
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Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw. 7 als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Fehlerstromschutzschalters, insbesondere zur Vermeidung von Fehl- oder Frühauslösungen.
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Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.
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Dabei zeigt die Zeichnung:
- 1 eine erste Darstellung eines Fehlerstromschutzschalters,
- 2 eine zweite Darstellung eines Fehlerstromschutzschalters,
- 3 eine dritte Darstellung eines Fehlerstromschutzschalters,
- 4 eine vierte Darstellung eines Fehlerstromschutzschalters,
- 5 eine fünfte Darstellung eines Fehlerstromschutzschalters,
- 6 eine sechste Darstellung eines Fehlerstromschutzschalters.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Fehlerstromschutzschalters FI, aufweisend:
- - mehrere Eingangsanschlüsse 1, 3, 5, NE, für den energiequellenseitigen Anschluss des Fehlerstromschutzschalters an eine Energiequelle, beispielsweise einen Niederspannungsstromkreis bzw. ein Niederspannungsnetz;
- - mehrere Ausgangsanschlüsse 2, 4, 6, NA für den energiesenkenseitigen Anschluss des Fehlerstromschutzschalters an eine Energiesenke, beispielsweise einen Verbraucher;
- - mehrere Leiter L1, L2, L3, N eines zu schützenden Niederspannungsstromkreises, wobei ein erster Leiter L1 zwischen erstem Eingangsanschluss 1 und ersten Ausgangsanschluss 2 geschaltet ist, dito ein zweiter Leiter L2 zwischen zweitem Eingangsanschluss 3 und zweitem Ausgangsanschluss 4, ein dritter Leiter L3 zwischen drittem Eingangsanschluss 5 und drittem Ausgangsanschluss 6 geschaltet ist, ein vierter Leiter N, z.B. Neutralleiter, zwischen vierten Eingangsanschluss NE und vierten Ausgangsanschluss NA geschaltet ist;
- - wobei z.B. die ersten bis dritten Leiter L1, L2, L3 Phasenleiter und der vierte Leiter N ein Neutralleiter bzw. Nullleiter eines beispielsweise Dreiphasenwechselstromkreises sind;
- - mehrere, z.B. erste bis vierte Kontakte K1, K2, K3, KN mit denen die ersten bis vierten Leiter L1, L2, L3, N elektrisch
geöffnet oder geschlossen werden können, wobei ein Kontakt einem Leiter zugeordnet ist; - - eine mit den Kontakten K1, K2, K3, KN verbundene Mechanik M, zum Öffnen und Schließen der Kontakte K1, K2, K3, KN;
- - einen mit der Mechanik M verbundenen Haltemagnet-Auslöser A, der im Wesentlichen eine Öffnung der Kontakte K1, K2, K3, KN bewirkt;
- - einen ersten Summenstromwandler Wl, dessen Primärseite durch die Leiter L1, L2, L3, N gebildet ist, wobei die Leiter durch den Summenstromwandler W1 hindurchgeführt sind, der Summenstromwandler beispielsweise als Ringkern, z.B. aus ferromagnetischen Material ausgeführt ist, und der eine erste Sekundärwicklung SW1 aufweist, die beispielsweise mehrere Windungen n aufweist;
- - eine erste Verbindung V1 zwischen ersten Anschluss der Sekundärwicklung SWA1 und ersten Anschluss AA1 des Haltemagnet-Auslösers A;
- - eine zweite Verbindung V2 zwischen zweiten Anschluss der Sekundärwicklung SWA2 und zweiten Anschluss AA2 des Haltemagnet-Auslösers A.
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Wesentlich ist, dass die Sekundärwicklung SW1 mit dem Haltemagnet-Auslöser A verbunden ist, so dass ein in der Sekundärwicklung SW1 induzierter Fehlerstrom, der beispielsweise einen Fehlerstromwert überschreitet, eine Auslösung des Haltemagnet-Auslösers bewirkt, beispielsweise in dem der Haltemagnet bestromt wird, beispielsweise wie ein Relais, so dass eine Auslösung, d.h. eine Unterbrechung mindestens eines, eines Teils oder aller Kontakte bewirkt wird, so dass der elektrische Stromkreis unterbrochen wird. Die Unterbrechung kann durch eine Mechanik M unterstützt sein, wie dargestellt.
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Der erste Summenstromwandler SW1 ist zusammen mit dem Haltemagnet-Auslöser A in Form eines netzspannungsunabhängigen Fehlerstromschutzschalters ausgestaltet, d.h. es liegt ein erster Detektionskreis vor, in Form eines netzspannungsunabhängigen Detektionskreises.
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Ferner ist ein Prüfstromkreis, aufweisend eine Serienschaltung einer Taste T und eines Widerstandes R, eingezeichnet. Die Serienschaltung ist vor dem Summenstromwandler mit einem Leiter, im Beispiel viertem Leiter N, und nach dem Summenstromwandler mit einem anderen Leiter, im Beispiel drittem Leiter L3, verbunden; wobei die Serienschaltung am Summenstromwandler vorbei geführt ist. Mit der Serienschaltung respektive dem Prüfstromkreis kann eine Funktionsprüfung des Summenstromwandlers bzw. Fehlerstromschutzschalters FI durchgeführt werden, in dem durch Drücken der Taste T ein künstlicher Fehlerstrom erzeugt wird (Stromsumme der Leiter durch den Summenstromwandler ungleich Null).
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2 zeigt eine Darstellung gemäß 1, mit dem Unterschied, dass ein zweiter Summenstromwandler W2 vorgesehen ist, dessen Primärseite ebenfalls durch die Leiter L1, L2, L3, N gebildet ist und der eine zweite Sekundärwicklung SW2 aufweist. Eine mit der zweiten Sekundärwicklung SW2 verbundene Auswerteeinheit E2 mit mindestens zwei Ausgängen ist vorgesehen, bei der der erste Ausgang mit der ersten Verbindung V1 - respektive mit dem ersten Anschluss (AA1) des Haltemagnet-Auslösers A - und der zweite Ausgang mit der zweiten Verbindung V2 - respektive mit dem zweiten Anschluss (AA2) des Haltemagnet-Auslösers A - verbunden ist d.h. parallel zu den Anschlüssen bzw. Eingängen des Haltemagnet-Auslösers A sowie parallel zu den Anschlüssen der ersten Sekundärwicklung SW1. Ein Ausgang bzw. Verbindung könnte auch durch eine Masseverbindung bzw. Ground-Leitung, kurz GND, realisiert sein.
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Der zweite Summenstromwandler SW2 kann beispielsweise auf eine andere Art von Fehlerströmen als der erste Summenstromwandler SW1 ausgelegt sein. Der zweite Summenstromwandler SW2 kann beispielsweise zusammen mit der Auswerteeinheit E2 in Form eines netzspannungsabhängigen Fehlerstromschutzschalters ausgestaltet sein. Im Beispiel wird hier ein zweiter Detektionskreis, in Form eines netzspannungsabhängigen Detektionskreises, gebildet. Beispielsweise kann die Auswerteinheit E2 eine Auswertung bei glatten Gleicherstromfehlerströmen vornehmen.
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Im Beispiel gemäß 2 ist die Auswerteeinheit E2 fehlerstromschutzschalterintern mit den ersten bis vierten Leitern L1, L2, L3, N verbunden, beispielsweise zur Energieversorgung der Auswerteeinheit E2. Dazu kann die Auswerteeinheit ein Netzteil, insbesondere Schaltnetzteil, aufweisen.
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Im Beispiel der 2 ist an die ersten bis vierten Ausgangsanschlüsse 2, 4, 6, NA ein Verbraucher bzw. Energiesenke ES angeschlossen. Ferner an die ersten bis vierten Eingangsanschlüsse 1, 3, 5, NE ein Stromnetz bzw. Energiequelle EQ. Ferner kann ein weiterer Leiter PE, beispielsweise ein Schutzleiter, vorgesehen sein, wie dargestellt.
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Ebenso kann das Stromnetz bzw. die Energiequelle EQ geerdet sein, wie dargestellt.
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3 zeigt eine Darstellung gemäß 2, mit dem Unterschied, dass zwischen erster Sekundärwicklung W1 und Haltemagnet-Auslöser A eine Speicherschaltung E1 geschaltet ist, d.h. die erste und zweite Verbindung V1, V2 zwischen erster Sekundärwicklung W1 und Haltemagnet-Auslöser A weist die Speicherschaltung E1 auf. Dabei ist die Auswerteeinheit E2 am Haltemagnet-Auslöser-seitigem Ausgang der Speicherschaltung E1 geschaltet.
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4 zeigt eine Darstellung gemäß 3, mit dem Unterschied, dass Details der Auswerteeinheit E2 dargestellt sind. Die Auswerteeinheit E2 weist ein Netzteil PS auf, das mit mindestens einem Teil der Leiter, insbesondere mit den ersten bis vierten Leitern L1, L2, L3, N, verbunden ist. Das Netzteil dient zur Energieversorgung mindestens eines Teiles der Einheiten des Fehlerstromschutzschalters.
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Die Auswerteeinheit E2 weist einen Mikroprozessor MCU, als zentrales Steuer- und Auswerteorgan, auf. Der Mikroprozessor MCU ist beispielsweise über eine Signalaufbereitung SA mit der zweiten Sekundärwicklung SW2 verbunden.
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Die Auswerteeinheit E2 weist eine mit dem Mikroprozessor MCU verbundene Auslöseansteuerung Trip auf, die wiederum mindestens einen Ausgang der Auswerteeinheit E2 bereitstellt, d.h. mit mindestens der ersten oder zweiten Verbindung V1, V2 verbunden ist. Im Beispiel mit der ersten Verbindung V1.
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Der zweite Ausgang bzw. Anschluss der Auswerteeinheit E2 kann ein gemeinsamer Masseanschluss sein, wie in 4 angedeutet. Alternativ kann er auch mit der Auslöseansteuerung Trip direkt verbunden sein.
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Eine Überwachungseinheit Sense kann vorgesehen sein, die mit mindestens einer Verbindung V1, V2 direkt verbunden ist und andererseits über eine gemeinsame Masseverbindung; alternativ mit der ersten und zweiten Verbindung V1, V2 direkt verbunden ist. Beispielsweise parallel zu den Anschlüssen der Auslöseansteuerung Trip.
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Im Beispiel gemäß 4 ist die Überwachungseinheit Sense Teil der Auswerteeinheit E2. Sie kann aber auch als separate Einheit ausgestaltet sein. Die Energieversorgung kann durch ein weiteres Netzteil erfolgen oder durch ein bereits vorhandenes Netzteil des Fehlerstromschutzschalters.
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Die Überwachungseinheit Sense überwacht die Spannung, insbesondere die Spannung über der Zeit, d.h. den Signalverlauf, zwischen der ersten und zweiten Verbindung V1, V2. Sie kann beispielsweise einen Operationsverstärker zur Impedanzanpassung aufweisen, beispielsweise zur Anpassung an einen Analog-Digital-Umsetzer oder Mikroprozessoreingang. Ferner kann sie einen Analog-Digital-Umsetzer aufweisen, zu Digitalisierung der Spannung. Sie kann ferner eine Transistorschaltung aufweisen, mit der die Überwachungsfunktion realisiert ist. Weiterhin kann sie einen eigenen Mikroprozessor, insbesondere wenn sie als eigenständige Einheit ausgestaltet ist, aufweisen.
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5 zeigt eine Darstellung gemäß 3, mit dem Unterschied, dass ein erfindungsgemäßer Schaltkontakt SK vorgesehen ist. Dieser Schaltkontakt kann in der ersten oder/und zweiten Verbindung V1, V2 vorgesehen sein. Er kann im Falle des Vorliegens einer Speicherschaltung vor oder nach der Speicherschaltung, d.h. Summenstromwandler-seitig oder Haltemagnet-Auslöser-seitig vorgesehen sein.
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Der Schaltkontakt SK wird vorteilhaft durch die Auswerteeinheit E2 geschaltet. Beispielsweise kann er als Relaiskontakt ausgestaltet sein.
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6 zeigt eine Darstellung gemäß 4, mit dem Unterschied, dass ein Schaltkontakt SK gemäß 5 vorgesehen ist, sowie die Auswerteeinheit eine Einheit REL aufweist, beispielsweise mit einem Ausgang zur Ansteuerung eines Relaiskontaktes als Schaltkontakt SK zur Unterbrechung bzw. Aktivierung des ersten Detektionskreises / netzspannungsunabhängigen Auslösekreises.
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Der Schaltkontakt SK ist beispielsweise als Öffner ausgestaltet, d.h. der Schaltkontakt SK ist im Ruhezustand bzw. stromlosen Zustand geschlossen.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit anderen Worten noch einmal näher erläutert.
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Ein netzspannungsabhängiger RCD-Kreis, wie in 2 durch den zweiten Summenstromwandler W2 und Auswerteeinheit E2 dargestellt, kann infolge eines einzigen elektronischen Detektionskreises mit hoher Meßgenauigkeit sowie guter Flexibilität durch eine digitale Signalverarbeitung mittels Mikroprozessor MCU Vorteile in Verbindung mit Frequenzumrichter-Anlagen bieten. Durch die Verwendung von digitalen Filtern oder Anwendung von Verfahren zur Zerlegung der Signale in Frequenzbestandteile kann eine gewisse Robustheit eines Fehlerstromschutzschalters in Bezug auf die Fehlauslösefestigkeit erzeugt werden, so dass eine Auslösung an dem nach Norm maximalen zulässigen Differenzstrom oder/und der nach Norm maximalen zulässigen Verzögerungszeit vorgenommen werden kann.
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Der zweite, netzspannungsabhängige Detektionskreis, mit der Auswerteeinheit E2, kann mittels eines Schaltkontaktes, z.B. Relaiskontaktes, den ersten, netzspannungsunabhängigen Detektionskreis abschalten.
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Der zweite Detektionskreis ist dabei so ausgeführt, dass dieser funktionell alle Detektionseigenschaften des ersten Detektionskreises, gebildet durch den ersten Summenstromwandler W1, ggfs. Speicherschaltung E1, in Verbindung mit dem Haltemagnet-Auslöser A, aufweist. Beispielsweise bleibt ein Fehlerstromschutzschalter vom Typ B in seiner Funktion uneingeschränkt ordnungsgemäß.
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Die Umschaltung / Abschaltung kann durch die (mikroprozessorgesteuerte) Auswerteeinheit 2 erfolgen, z.B. nach dessen Aktivierung und einem erfolgreich durchlaufenem Selbsttest. Danach bleibt der erste Detektionskreis abgeschaltet, bis z.B:
- ein Fehler im zweiten Detektionskreis auftritt. Beispielsweise falls das Netzteil ausfällt schließt der Schaltkontakt automatisch. Somit wird eine Grundfunktionalität durch den ersten Detektionskreis zur Verfügung gestellt.
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Ebenso kann ein Fehler im zyklisch wiederkehrenden internen Selbsttest vom zweiten Detektionskreis zum Schließen des Schaltkontaktes SK führen.
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In 6 ist ein Beispiel des zweiten Detektionskreises näher dargestellt:
- Mikroprozessor MCU für z.B. die digitale Signalverarbeitung, beispielsweise mit digitalen Filtern und/oder Frequenzbetrachtung.
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Auslöseansteuerung TRIP zur Trennung der Kontakte über den Haltemagnet-Auslöser A.
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Einheit REL, z.B. als Ausgang zur Ansteuerung des Schaltkontaktes SK / Relaiskontakt zur Unterbrechung bzw. Aktivierung des ersten Detektionskreises / netzspannungsunabhängigem Auslösekreises. Die Einheit REL ist z.B. drahtbruchsicher ausgeführt, z.B. als Öffner, d.h. im Fehlerfalle wird somit der erste Detektionskreis aktiv und übernimmt die (Mit-)Überwachung.
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Signalaufbereitung SA zur Signalaufnahme von Wandlersignalen der Sekundärseite mit Verstärkung und ggf. Antialiasingfilter.
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Netzteil PS als z.B. integriertes Netzteil.
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Eine Besonderheit stellt die Funktion bei Einschalten des Fehlerstromschutzschalters / des Geräts dar, da in diesem Fall beide Detektionskreis arbeiten. Dies ist besonders hilfreich da der zweite, netzspannungsabhängige bzw. aktive Kreis mehr Zeit bis zur seiner Aktivierung benötigt, d.h. bis dieser einsatzbereit ist. Insbesondere bedingt durch den Hochlauf des Netzteils PS bzw. des Mikroprozessors MCU.
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Im Hinblick auf den Fall Einschaltung und gleichzeitiges Auftreten eines höheren Differenzfehlerstroms kann so durch den netzspannungsunabhängigen (ersten) Detektionskreis eine kurze Auslösezeit (z.B. <= 40ms) sichergestellt werden.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Sicherstellung der vollen Überwachungsfunktion eines Fehlerstromschutzschalters bei gleichzeitiger Verbesserung des Auslöseverhaltens, insbesondere in Verbindung mit Frequenzumrichtern. Die Lösung benötigt zwei Detektionskreis und einen zusätzlichen Schaltkontakt / Relaiskontakt zur Unterbrechung eines Kreises. Dieser kann durch den zweiten Kreis gesteuert werden. Während des Einschaltvorgangs hilft der erste (netzspannungsunabhängige) Detektionskreis bei plötzlich auftretenden Differenzströmen, solange der zweite (netzspannungsabhängige) Detektionskreis noch nicht einsatzbereit ist (z.B. in der Hochlaufphase).
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die funktionale Sicherheit erhöht wird, bei zugleich geringem Zusatzaufwand bei den Herstellungskosten.
