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Die Erfindung betrifft das technische Gebiet eines Fehlerstromschutzschalters für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eines Verfahrens für einen Fehlerstromschutzschalter für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 12.
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Fehlerstromschutzschalter für elektrische Stromkreise, insbesondere für Niederspannungsstromkreise bzw. -anlagen, sind allgemein bekannt. Fehlerstromschutzschalter werden auch als 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, 80 Ampere, 63 Ampere, 40 Ampere, 32 Ampere, 25 Ampere oder 16 Ampere. Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn-, Bemessungs- 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.
Fehlerstromschutzschalter werden insbesondere für Nennstrombereiche von 16, 25, 32, 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 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 des Summenstromwandlers zur Betätigung einer Auslöseeinheit bzw. einer Unterbrechungseinheit bzw. eines Auslösers ausreicht, dann nennt man derartige Fehlerstromschutzschalter netzspannungsunabhängig.
Wenn eine Hilfsenergie für den Auslösekreis benötigt bzw. eingesetzt wird, die in der Regel durch ein im Fehlerstromschutzschalter vorgesehenes Netzteil erzeugt wird, nennt man derartige Fehlerstromschutzschalter netzspannungsabhängig. D.h. netzspannungsabhängige Fehlerstromschutzschalter enthalten ein Netzteil zur Energieversorgung einer Fehlerstromerkennung (netzspannungsunabhängige nicht). Diese Netzteile 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 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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Problematisch ist es, wenn ein vorliegender Fehlerstrom nicht zur Auslösung bzw. Unterbrechung des Stromkreises führt.
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Deshalb weisen Fehlerstromschalter mit einem Haltemagnet-Auslöser bzw. Haltemagneten häufig eine Speicherlösung mit einer Energiespeicherschaltung auf. Eine Energiespeicherschaltung speichert im Auslösekreis bzw. in der Auslöseschaltung, zwischen Sekundärwicklung des Summenstromwandlers und Haltemagnet, die auftretende Energie (Sekundärseite von Summenstromwandler) in einem Speicherkondensator und gibt diese nach Erreichen eines eingestellten Auslöseschwellwertes, z.B. eines Schwellwertschalters, an den Haltemagneten zwecks Einleitung des Auslösevorganges ab.
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Allerdings kann es auch vorkommen, dass technisch kurzzeitige Leckströme (von kurzer Dauer) und hohem Wert auftreten, die unbedenklich sind. Diese können von (neuartigen) Schaltvorrichtungen hervorgerufen werden (insbesondere mit Filtern oder Schaltnetzteile mit hohen Einschaltstromstößen). Ein Fehlerstromschutzschalter soll bei diesen unbedenklichen (kurzzeitigen) technischen Leckströmen nicht auslösen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere Fehlauslösungen zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird durch einen Fehlerstromschutzschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist ein Fehlerstromschutzschalter für einen Niederspannungsstromkreis vorgesehen, aufweisend:
- - einen Summenstromwandler mit einem Kern und einer Primärseite, die durch Leiter des Niederspannungsstromkreises gebildet ist, und einer Sekundärseite mit einer mehrere Windungen aufweisenden Sekundärwicklung,
- - einer mit der Sekundärwicklung verbundenen Energiespeicherschaltung,
- - eines mit der Energiespeicherschaltung zweipolig verbundenen Auslösekreises mit einem Haltemagneten, wobei der Summenstromwandler, die Energiespeicherschaltung und der Auslösekreis derart ausgestaltet sind, dass bei Überschreitung von Differenzströmen im Niederspannungsstromkreis eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises durch den Auslösekreis initiiert wird.
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Erfindungsgemäß ist an der zweipoligen Verbindung zwischen Energiespeicherschaltung und Auslösekreis eine Rücksetzschaltung angeschlossen. Diese ist derart ausgestaltet, dass fortlaufend die Höhe der Spannung an der zweipoligen Verbindung zeitlich erfasst wird. Ein Maximum dieser Spannung wird ermittelt und zeitlich erfasst. Nach jedem erfassten Maximum der Spannung wird eine erste Zeitspanne abgewartet. Wenn nach der ersten Zeitspanne die Höhe der Spannung (Vin) kleiner als das letzte Maximum der Spannung ist, wird die zweipolige Verbindung kurzzeitig niederohmig geschaltet.
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Dies hat den Vorteil, dass regelmäßig ein Rücksetzen der akkumulierten Spannung der Energiespeicherschaltung erfolgt, falls kein Fehlerstrom vorliegt, aber die Energiespeicherschaltung durch beispielsweise kurze Leckstromspitzen eine Spannung aufbaut, so dass Fehlauslösungen vermieden werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung soll die Spannungsdifferenz zwischen letztem erfasstem Maximum der Spannung und Höhe der Spannung nach der ersten Zeitspanne dem erwarteten zeitlichen Spannungsabfall über die Komponenten von Energiespeicherschaltung und Auslösekreis entsprechen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine genauere Prüfung bzw. Unterscheidung zwischen vorliegenden Fehlerströmen, bei denen kein Spannungsabfall vorliegt, und kurzen Leckströmen, möglich ist. Für die Prüfung, dass die Spannung kleiner ist, liegt dann ein genaueres Kriterium für „das kleiner“ bzw. die Spannungsdifferenz vor.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist kurzzeitig eine Zeit im Bereich einer bis zehn Millisekunden (1 ms bis 10 ms).
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Nichterkennungszeit des Fehlerstromschutzschalters durch das niederohmig schalten durch die Rücksetzschaltung minimal bzw. minimiert wird, wobei gleichzeitig ein zuverlässiges Rücksetzen erfolgt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Energiespeicherschaltung eine Spannungsvervielfacherschaltung, insbesondere eine Spannungsverdopplerschaltung. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein hohe Auslösespannung erreicht werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit den Leitern des Niederspannungsstromkreises verbundenes Netzteil vorgesehen, zur Energieversorgung der Rücksetzschaltung.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Energieversorgung für die Rücksetzschaltung gegeben ist. Ein mit einem netzspannungsunabhängigen Fehlerstromdetektionskreises ausgestatteter Fehlerstromschutzschalter wird um eine netzspannungsabhängige Rücksetzschaltung erweitert, wobei der netzspannungsunabhängige Fehlerstromdetektionskreises nicht verändert wird und seine maximale Schutzwirkung nicht beeinträchtigt wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Rücksetzschaltung einen Mikroprozessor auf, der mit der Verbindung zwischen Energiespeicherschaltung und Auslösekreis verbunden ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache, individuell anpassbare / programmierbare Lösung für die Rücksetzschaltung gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Rücksetzschaltung über einen ersten Widerstand mit dem zweiten Anschluss des ersten oder zweiten Kondensators verbunden ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Entladewiderstand zur Reduzierung der Spannung gegeben ist, so dass zu hohe Ströme bei Reduzierung der Spannung vermieden werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Rücksetzschaltung einen elektronischen Schalter auf, dessen Steuereingang insbesondere mit Mikroprozessor verbunden ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass zu hohe Ströme über/durch den Mikroprozessor vermieden werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Zeitspanne größer als 0,4 Sekunden und kleiner als eine Sekunde.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein optimaler Bereich für die Überwachung und das Rücksetzen der Spannung gegeben ist.
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Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Verfahren für einen Fehlerstromschutzschalter für einen Niederspannungsstromkreis mit den gleichen Vorteilen beansprucht.
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Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw. 12, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Fehlerstromschutzschalters zur Vermeidung von Fehlauslösungen.
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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 ein erstes Zeitverlaufspaar des Differenzstromes und der ersten Spannung,
- 3 ein zweites Zeitverlaufspaar des Differenzstromes und der ersten Spannung,
- 4 ein drittes Zeitverlaufspaar des Differenzstromes und der ersten Spannung,
- 5 eine zweite Darstellung eines Fehlerstromschutzschalters,
- 6 ein viertes Zeitverlaufspaar des Differenzstromes und der ersten Spannung.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Fehlerstromschutzschalters FI, aufweisend in einem Gehäuse GEH:
- - 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 Summenstromwandler ZCT, dessen Primärseite durch die Leiter L1, L2, L3, N gebildet ist, wobei die Leiter durch den Summenstromwandler ZCT hindurchgeführt sind, der Summenstromwandler beispielsweise als Ringkern (Toroid), z.B. aus ferromagnetischen Material ausgeführt ist, und der eine Sekundärseite mit einer Sekundärwicklung L2 aufweist, die beispielsweise mehrere Windungen aufweist;
- - einer mit der Sekundärwicklung L2 verbundene Energiespeicherschaltung ESC,
- - eine mit der Energiespeicherschaltung ESC zweipolig verbundenen Auslösekreises mit einer Latch-Schaltung L, die bei Überschreiten eines Fehlerstromschwellwertes TT (bzw. Differenzstromschwellwertes) den Haltemagnet-Auslöser A bestromt bzw. mit der Spannung der Energiespeicherschaltung ESC beaufschlagt, so dass eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises durch den Auslösekreis initiiert wird.
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Mit der Energiespeicherschaltung werden die durch die Sekundärwicklung L2 ermittelten Differenzströmen bzw. deren Spannungsäquivalente akkumuliert bzw. integriert.
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Die Energiespeicherschaltung ESC gibt zwischen Ihren beiden Polen, d.h. an ihrem zweipoligen Ausgang / zum Auslösekreis eine erste Spannung Vin ab.
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Die Energiespeicherschaltung ESC ist im Beispiel gemäß 1 derart aufgebaut, dass eine Spannungsvervielfacherschaltung, speziell eine Spannungsverdopplerschaltung vorgesehen ist. Die Sekundärwicklung L2 ist einerseits mit einem ersten Anschluss eines ersten und eines zweiten Kondensators C1, C2 verbunden ist und andererseits mit der Anode einer ersten Diode D1 und der Katode einer zweiten Diode D2. Die Katode der ersten Diode D1 ist mit dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators C1 verbunden. Die Anode der zweiten Diode D2 ist mit dem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators C2 verbunden. Den zweiten Anschlüssen der ersten und zweiten Kondensatoren C1, C2 ist ein dritter Kondensator C3 sowie der Auslösekreis (Latch-Schaltung und Haltemagnet-Auslöser) parallelgeschaltet.
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2 zeigt ein erstes Zeitverlaufspaar eines Differenzstromes DI im Niederspannungsstromkreis und die dazu korrespondierende erste Spannung Vin. 2 zeigt im oberen Bereich einen Differenzstrom DI über der Zeit time. Im unteren Bereich die korrespondierende erste Spannung Vin über der Zeit time. Im unteren Zeitverlaufsdiagramm ist der Fehlerstromschwellwert TT eingezeichnet, sowie ein Detektionszeitpunkt DET.
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2 zeigt in Zusammenhang mit 1 den Differenzstrom DI im Niederspannungsstromkreis und die resultierende erste Spannung Vin in der Schaltung:
- - Die Leiter L1, L2, L3, N verlaufen durch den Summenstromwandler ZCT und können als Primärwicklungen betrachtet werden.
- - Bei Differenzstrom wird in der Sekundärwicklung L2 eine Spannung induziert.
- - Diese Spannung wird in der Energiespeicherschaltung, i.B. Spannungsvervielfacherschaltung, akkumuliert. Diese weist die erste und zweite Diode D1, D2 und den ersten und zweiten Kondensator C1, C2 auf.
- - Die erste Spannung Vin steigt mit jeder Halbwelle des Differenzstroms an, wodurch sich die im Kondensator C3 gespeicherte Energie / die erste Spannung Vin erhöht.
- - Die Latch-Schaltung L bzw. Verriegelungsschaltung kann die Energiespeicherschaltung, den dritten Kondensator C3, mit dem Haltemagnet-Auslöser A verbinden. Dies wird durchgeführt, wenn die Spannung Vin eine Auslöseschwelle, d.h. einen (korrespondierenden) Fehlerstromschwellwert, überschreitet (z.B. 3,3 V) .
- - Der größte Teil der bereits im Kondensator C3 gespeicherten Energie wird dann zum Haltemagnet-Auslöser A entladen.
- - Der Haltemagnet-Auslöser A löst den Auslösemechanismus M aus und unterbricht den Stromkreis.
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Die Spannung am Haltemagnet-Auslöser A schwingt mit den RLC-Eigenschaften der Schaltung.
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2 zeigt einen normalen Differenzstromverlauf. Der Differenzstrom liegt eine Zeit lang an, die erste Spannung Vin steigt an. Wenn sie den Fehlerstromdifferenzwert (bzw. deren Spannungsäqivalent) TT erreicht, erfolgt eine Auslösung (d.h. Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises.
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Ein solcher Fehlerstromschutzschalter weist im Allgemeinen an der Primärwicklung nur eine einzige Windung auf (u.a. auch wegen des begrenzten Platzes und / oder der dicken Hauptleiter bei hohen Nennströmen). Die Energiespeicherschaltung muss die Energie effizient speichern, um verschiedene Arten von Differenzströmen erkennen zu können. Beispielsweise weisen pulsierende Ströme mit einer Phasenunterbrechung von 135° eine Dauer mit einem Strom von 17,5 ms auf. Während dieser Zeit darf die Spannung am dritten Kondensator C3 nicht zu schnell abfallen. Dies bedeutet, dass die Zeitkonstante für die Entladung von C3 hoch genug sein muss, um eine korrekte Erfassung bei einem solchen pulsierenden Strom sicherzustellen.
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Dies ist beispielhaft in 3 dargestellt, die eine Abbildung gemäß 2 zeigt, mit dem Unterschied, dass ein pulsierender Differenzstrom DI vorliegt.
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Ein technischer Leckstrom / Differenzstrom mit kurzer Dauer und hohem Wert kann durch Schaltgeräte (Verwendung von Filtern, Einschaltströmen...) oder andere Störquellen auftreten. In 4 ist ein solcher kurzer und hoher Strom eingezeichnet. 4 zeigt eine Abbildung gemäß 2 bzw. 3, mit dem Unterschied, dass ein Differenzstrom mit kurzer Dauer und hohem Wert vorliegt. Dieser Impuls führt zu einem Spannungsanstieg in der Energiespeicherschaltung ESC. Dann nimmt die Spannung des Reglers aufgrund einer hohen Entladungszeitkonstante der Energiespeicherschaltung ESC langsam ab. Wenn ein neuer Stromimpuls auftritt bevor die Energiespeicherschaltung ESC ausreichend entladen ist, kann der zusätzliche Spannungsanstieg Vin dazu führen, dass die Auslöseschwelle / Fehlerstromschwellwert bzw. dessen Äquivalent TT überschritten wird und der Fehlerstromschutzschalter unerwünscht auslöst.
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Erfindungsgemäß ist nun gemäß 5 eine mögliche Lösung dargestellt. 5 zeigt eine Darstellung eines Fehlerstromschutzschalters gemäß 2, mit den nachfolgenden Unterschieden. Ein Netzteil NT versorgt eine Rücksetzschaltung. Die Rücksetzschaltung ist beispielhaft durch einen Mikroprozessor MCU dargestellt, den die Rücksetzschaltung enthalten kann. Die Rücksetzschaltung ist mit der (zweipoligen) Verbindung zwischen Energiespeicherschaltung und Auslösekreis verbunden. Die Rücksetzschaltung kann die Spannung der Energiespeicherschaltung digitalisieren und analysieren kann. Die Energiespeicherschaltung kann über einen (oder mehrere) ersten Widerstand R1 erfolgen, der z.B. an einen Analogeingang des Mikroprozessors MCU (Mikrocontrollers) angeschlossen ist.
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6 zeigt eine Abbildung gemäß 4, d.h. mit zwei Stromimpulsen innerhalb kurzer Zeit (was zu einer störenden Auslösung mittels eines herkömmlicher Fehlerstromschutzschalters führen würde):
- - Nach dem ersten Differenzstromimpuls nimmt die erste Spannung Vin bei hoher Entladungszeitkonstante langsam ab.
- - Die Rücksetzschaltung bzw. dessen Mikroprozessor MCU erkennt die (letzte) maximale Spannung und zeichnet die Zeit dieses Ereignisses auf.
- - Die Rücksetzschaltung überwacht kontinuierlich den Spannungsabfall der ersten Spannung Vin.
- - Wenn die erste Spannung Vin während einer ersten Zeitspanne t1 stetig abnimmt, d.h. wenn kein Auftreten eines neuen Maximums der ersten Spannung Vin auftritt, wird die zweipolige Verbindung zwischen Rücksetzschaltung und Auslösekreis niederohmig geschalt, z.B. speziell kurzgeschlossen, d.h. die Rücksetzschaltung „setzt den Stromkreis zurück“.
- - Spezieller bzw. genauer kann dies erfolgen, wenn nach der ersten Zeitspanne t1 die Höhe der Spannung Vin kleiner als das letzte Maximum der Spannung Vmax ist. Dann wird die zweipolige Verbindung kurzzeitig niederohmig geschaltet.
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Mit kleiner ist eine Spannungsdifferenz zwischen letztem erfasstem Maximum der Spannung Vmax und Höhe der Spannung Vin nach der ersten Zeitspanne t1 gemäß dem erwarteten zeitlichen Spannungsabfall über die Komponenten von Energiespeicherschaltung ESC und Auslösekreis L (A) gemeint. Dieser Wert bzw. ein im Bereich dieses Wertes liegender Spannungsschwellwert kann bzw. soll verwendet werden.
- - Die erste Spannung Vin der Energiespeicherschaltung fällt schnell auf 0 V ab.
- - Beim nächsten Stromimpuls steigt die Spannung wieder an, aber da (wieder) bei 0 V gestartet wird, kann sie die Auslöseschwelle TT nicht erreichen und der Fehlerstromschutzschalter löst erfindungsgemäß nicht aus.
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Das niederohmig Schalten der zweipoligen Verbindung bzw. Zurücksetzen der Schaltung kann z.B. durch Umschaltung bzw. Neukonfiguration des (Analog-)Eingangs (Ausgangs) des Mikroprozessor MCU erfolgen. D.h. der Eingang (Ausgang) des Mikroprozessor MCU wird niederohmig geschaltet. Die in der Energiespeicherschaltung ESC bzw. im dritten Kondensator C3 gespeicherte Energie wird dann durch einen Strom entladen, der dann z.B. durch den ersten Widerstand R1 in den Eingang (Ausgang) fließt. Dies ist nur möglich, wenn der Eingang (Ausgang) z.B. ein digitaler Ausgang als Stromsenke verwendet wird. Beispielsweise kann ein Eingang und ein Ausgang, beispielsweise ein analoger Eingang und digitaler Ausgang, des Mikroprozessor MCU parallelgeschaltet werden.
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Alternativ kann die einen elektronischen Schalter aufweisen, dessen Steuereingang insbesondere mit Mikroprozessor verbunden ist. Z.B. kann ein (zusätzlicher) Ausgang des Mikroprozessors MCU verwendet werden, um eine Transistorschaltung anzusteuern, die den dritten Kondensator C3 kurzschließt bzw. die Verbindung niederohmig werden lässt.
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Die Rücksetzdauer / Entladungsdauer muss lang genug sein, um eine ausreichende Entladung des dritten Kondensators C3 sicherzustellen. Der dritte Kondensators C3 z.B. einen Wert im Bereich von 1 µF. Bei einem ersten Widerstand R1 in der Größenordnung von 1 kOhm erfolgt die Entladung im Bereich 1 bis 2 ms. Die Entladung ist damit kurz genug, um eine schnelle Erkennung von neuen Differenzströmen zu ermöglichen. D.h. die Entladezeitdauer sollte im Bereich kleiner 4 ms, besser 3 ms, noch besser 2 ms bzw. bei 1 ms liegen.
So dass neue Differenzströme erkannt werden können, d.h. das genügend Zeit zur Erkennung neuer Differenzströme vorliegt. So dass bei Bedarf innerhalb von 30 bis 40 ms ausgelöst werden kann.
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Die erste Zeitspanne t1 muss klein genug sein, um eine ausreichende Störfestigkeit gegen Stromimpulse zu gewährleisten. Sie sollte kleiner als eine Sekunde sein. Sie muss andererseits lang genug sein, um die Erfassung von Differenzstrom zu ermöglichen. D.h. sie sollte beispielsweise länger als eine Periode bei der Netzfrequenz sein. Beispielsweise 20-mal die Periode bei 50Hz, d.h. länger als 0,4 s.
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Mit der Erfindung kann eine Immunität gegen Differenzstromimpulse realisiert werden, insbesondere für Differenzstromimpulse, die mit einer Periode von weniger als 1 Sekunde auftreten. Vorteilhaft ist eine Schutzfunktion des netzspannungsunabhängigen Auslösekreises eines Fehlerstromschutzschalters immer gegeben. Die Lösung kann kosten- und platzsparend in bekannten Fehlerstromschutzschaltern integriert werden. Die Erfindung ist sowohl für dreiphasige als auch für einphasige Fehlerstromschutzschalter anwendbar. Das Netzteil NT kann im dreiphasigen Fall sowohl ein- als auch dreiphasig ausgeführt sein.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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