DE2611674C2 - - Google Patents

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DE2611674C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für einen Schutzschalter mit einer Fehlerstrom-Über­ wachungseinheit mit Differentialverstärker, an dessen ersten Eingang eine Konstantspannungsquelle und an dessen zweiten Eingang eine vom Summenstromwandler der Fehlerstrom-Überwachungseinheit abgeleitete Span­ nung gelegt ist, und einer Erdungswiderstand-Über­ wachungseinheit, wobei eine Konstantstromquelle, die einen Konstantstrom für einen zwischen dem Mittelpunkt­ leiter der Netzversorgung und der Erdleitung des Schutzschalters eingespeisten Prüfstrom zur ständigen Überwachung des Erdleitungswiderstandes liefert, ein weiterer Differentialverstärker, an dessen einen Ein­ gang eine konstante Spannung und an dessen anderen Eingang die zwischen Mittelpunktleiter und der Erd­ leitung abfallende Spannung gelegt ist, eine ODER- Verknüpfung, die die Ausgänge des Differentialver­ stärkers der Erdungswiderstand-Überwachungseinheit und des Differentialverstärkers der Fehlerstrom- Überwachungseinheit zusammenfaßt und ein an den Ausgang der ODER-Verknüpfung angeschlossener Schalt­ verstärker (13), der ein Lastrelais steuert, vorge­ sehen sind (Patent 25 08 979).
In der DE-OS 20 30 613 ist bereits ein Fehlerstrom­ schalter beschrieben, bei dem die von der Sekundär­ wicklung des Summenstromwandlers gelieferte Span­ nung gleichgerichtet wird, um einen Thyristor zur Auslösung eines Schalters zu steuern.
Durch die französische Patentanmeldung 22 32 855 ist bereits ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler mit nachgeschaltetem Differential­ verstärker bekanntgeworden. Der eine Eingang des Differentialverstärkers ist an eine konstante Span­ nung gelegt, und dem anderen Eingang wird die von der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers gelieferte Spannung zugeführt. Die Ausgangsspannung des Diffe­ rentialverstärkers schaltet über einen Thyristor ein Auslöserelais des Fehlerstromschutzschalters.
In der Zeitschrift "Deutsches Elektrohandwerk" 39 (1964) Seite 185 ist auf einen Fehlerstrom-Schutz­ schalter mit einem Erdungsprüfschalter hingewiesen worden. Durch Betätigung von Schaltern am Erdungs­ prüfschalter kann der ordnungsgemäße Zustand der Erdleitung überprüft werden.
Dieser bekannte Erdungsprüfschalter führt jedoch keine ständige und automatische Prüfung des Wider­ standes der Erdleitung durch.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen Schutzschalter zu schaffen, der sowohl auf einen Fehlerstrom als auch auf Fehler in der Erdleitung anspricht. Der Schutz­ schalter gemäß der Erfindung soll die Stromversorgung abschalten, wenn der Fehlerstrom einen bestimmten Wert, beispielsweise 30 mA übersteigt, und wenn der Erdungs­ widerstand der Hilfserde z. B. 2 kΩ übersteigt, so daß auch Unterbrechungen der Hilfserde erfaßt werden.
Weiterhin soll bei Stromausfall der Netzversorgung der letzte Zustand des Schutzschalters nicht ver­ ändert werden, so daß bei Wiederkehr der Netzspannung auch die Betriebsbereitschaft und Funktion des Schutz­ schalters gesichert ist; außerdem soll nach Auftreten eines Fehlerstromes die Betriebsbereitschaft des Schutzschalters nur bewußt (gewollt) wieder herstell­ bar sein.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen auf­ geführt.
Die Erdungswiderstand-Überwachungseinheit speist durch eine Konstantstromquelle in die Erdleitung einen Konstantstrom mit niedriger Spannung ein und überwacht den Spannungsabfall am Einspeisungspunkt zur Erdleitung mittels einer Verstärkerschaltung, die über die Oder­ verknüpfung mit dem Schaltverstärker verbunden ist.
Die Fehlerstrom-Überwachungseinheit läßt sich aus einem Summenstromwandler bilden, dessen Sekundär­ wicklung über einen Gleichrichter mit einem Ver­ stärker der Fehlerstrom-Überwachungseinheit ver­ bunden ist, dessen Ausgang über die Oderverknüpfung an den Schaltverstärker angeschlossen ist.
Das Remanenzrelais besitzt zwei Wicklungen, wobei die eine Wicklung als Arbeitswiderstand des Schalt­ verstärkers arbeitet und die zweite Wicklung im Stromkreis mit einem Taster liegt und der Kontakt des Remanenzrelais ist im Erregerstromkreis des Lastrelais angeordnet.
Der Erfindungsgegenstand (FI-Schutzschalter) bein­ haltet gegenüber den herkömmlichen Schutzschaltern zwei getrennte elektronische Überwachungseinheiten, die über eine Oder-Verknüpfungseinheit das Auslöse­ moment beeinflussen.
Die eine Überwachungseinheit erfaßt den über einen Summenstromwandler ermittelten Fehlerstrom und löst das Lastrelais aus, wenn der Fehlerstrom auf einen gewissen Wert, vorzugsweise über 30 mA ansteigt, so daß dadurch eine sichere Überwachung von Fehler­ strömen gewährleistet wird.
Die andere Überwachungseinheit mißt den Erdungs­ widerstand und gibt ein Auslösesignal, wenn der Erdungswiderstand auf einen gewissen Wert, vorzugs­ weise über 2 KOhm ansteigt. Das bedeutet, daß sowohl bei einer sehr schlechten Erdung (R Erde < 2 KOhm) als auch bei gebrochenem Erdungsdraht (R erde = ∞) die Überwachungseinheit anspricht.
Durch den erfindungsgemäßen Schutzschalter wird unter Ausschließung von mechanischen Wirkungsteilen eine sichere Funktion und größtmögliche Überwachung des Erdungswiderstandes und der Fehlerströme erzielt, und bei Störungen sofort der Verbraucherstromkreis vom Netzstrom getrennt.
Der Schutzschalter ist kleinvolumig aufgebaut, ein­ fach und kostensparend herstellbar und zeigt eine dauerhaft sichere Funktion; der Schutzschalter läßt sich den beliebigsten elektrischen Geräten und Haus­ anschlüssen zuordnen.
Durch diesen Schutzschalter werden die Gefahren (Stromschläge und somit Todesfälle) für die Mensch­ heit weitestgehend reduziert ausgeschlossen, so daß der Schutzschalter in bezug auf die menschliche und elektrische Sicherheit einen hohen Gebrauchswert und großen Nutzen darstellt.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltschema im Grundprinzip des Schutzschalters,
Fig. 2 ein Schaltplan des Schutzschalters in einem Anwendungsbeispiel mit Remanenzrelais.
Ein erfindungsgemäßer Schutzschalter beinhaltet eine elek­ tronische Erdungswiderstand-Überwachungseinheit 10 und eine elektronische Fehlerstrom-Überwachungseinheit 11, die durch eine Oderverknüpfung 12 und einen Schaltverstärker 13 mit nachgeordnetem Lastrelais 14 zur mehrpoligen (allpoligen) Unterbrechung eines Lastkreises 15 verbunden sind.
Von der Netzversorgung 16 aus wird durch eine Konstantstrom­ quelle 17 über die Erdungswiderstand-Überwachungseinheit 10 in den Erdleiter 18 ein Konstantstrom mit einem niedrigen Wert von 2 bis 6 mA, vorzugsweise von 5 mA, eingespeist und dabei überwacht die Erdungswiderstand-Überwachungseinheit 10 am Einspeisungspunkt 19 zur Erdleitung 18 den Spannungsabfall oder -anstieg mittels einer Verstärkerschaltung OP 1, die über die Oderverknüpfung 12 mit dem Schaltverstärker 13 das Last­ relais 14 zum Ausschalten des Verbraucherstromkreises 15 be­ einflußt.
Der Schaltverstärker 13 steuert ein Remanenzrelais 20, dessen Kontakt 21 im Stromkreis des Lastrelais 14 liegt.
Die Funktion der Erdungswiderstand-Überwachungseinheit 10 bei gebrochenem Erdungsleiter 18 oder bei erhöhtem Erdungs­ widerstand größer als beispielsweise 2 KOhm ist folgende:
Über die Konstantstromquelle 17 wird der konstante Strom von 5 mA ständig in die Erdleitung 18 eingespeist. Die am Erdungs­ widerstand abfallende Spannung wird dem Komperator OP 1 zuge­ führt, dessen Schaltschwelle auf beispielsweise 10 Volt ein­ gestellt ist. Diese Spannung trifft auf den negierten Ein­ gang des OP 1 und dieser steigt dabei auf einen Spannungswert von über 10 Volt an und der Ausgang des OP 1 kippt in den niedrigeren Spannungszustand. Über die Oder-Verknüpfung 12 wird durch den Impuls die Trennung des Verbraucherstrom­ kreises 15 zum Verbraucher 25 vom Netz ausgelöst.
Die Fehlerstrom-Überwachungseinheit 11 besteht aus einem Summenstromwandler 22, dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter 23 mit einem Verstärker OP 2 der Fehlerstrom- Überwachungseinheit 11 verbunden ist, dessen Ausgang über die Oderverknüpfung 12 an den Schaltverstärker 13 angeschlossen ist.
Die Funktion der Fehlerstrom-Überwachungseinheit 11 ist folgende:
Fließt im Verbraucherstromkreis 15 ein Fehlerstrom, so wird dieser im Summenstromwandler 22 registriert. Die in die Wick­ lung N 3 induzierte Wechselspannung wird durch G 1 gleichge­ richtet, geglättet und über den Widerstand R 9 auf den negierten Eingang des als Komperator geschalteten Operationsverstärkers OP 2 eingekoppelt. Dadurch wird die Differenzspannung zwischen den Eingängen des OP 2 größer null und der Ausgang des OP 2 kippt in den niedrigeren Spannungszustand;
über die Oderschaltung D 7, D 8, R 13 gelangt der Impuls auf die Schaltverstärkerstufe T 2 und sperrt diese.
Das Remanenzrelais 20 (Fig. 2) weist zwei Wicklungen RH I und RH II auf und dessen Kontkt (21) ist abwechselnd durch die Erregungen der Wicklungen RH I und RH II aus- und einschalt­ bar. Der Kontakt rh behält seinen Schaltzustand auch, wenn die Erregung der Wicklungen RH I bzw. RH II abgeschaltet wird, d. h. das Remanenzrelais 20 speichert den jeweiligen Zustand auch bei Stromausfall.
Die Wicklung RH I liegt im Kollektorstromkreis des Transistors T 2, des Schaltverstärkers 13. Die Wicklung RH II liegt mit ihrem einen Anschluß ebenfalls wie die Wicklung RH I an der positiven Spannung des Netzgerätes 26 des Schutzschalters, während ihr anderer Anschluß über den Taster "S-Ein" (Arbeits­ kontakt) am geerdeten negativen Pol des Netzgerätes ange­ schlossen ist.
Beim Auftreten eines Fehlerstromes und Ansprechen des Fehler­ strom-Überwachungsverstärkers OP 2 wird durch Erregung der Wicklung RH I des Remanenzrelais 20 der Kontakt rh geöffnet, das Lastrelais 14 fällt ab, und durch Öffnen der Schalter 14 a wird die Last (Verbraucher 25) von der Netzversorgung 16 ab­ getrennt. Nach Beseitigung des Fehlers wird durch Betätigung des Tasters "S-Ein" die Wicklung RH II des Remanenzrelais 20 erregt und damit der Kontakt rh geschlossen, das Lastrelais 14 erregt und die Last durch Schließen der Schalter 14 a wieder an die Netzversorgung 16 angeschlossen. Die richtige Funktion der Fehlerstrom-Überwachung kann durch einen Taster "PR-S" am Summenstromwandler 22 in bekannter Weise geprüft werden. Die Signallampe 27 zeigt den Schaltzustand des Lastrelais 14 an.
Der besondere Vorteil der beschriebenen Schaltung mit dem Remanenzrelais 20 ist darin zu sehen, daß bei Stromausfall der Netzversorgung der letzte Zustand des Remanenzrelais 20 nicht verändert wird (Speicherwirkung). Im Normalfall (ohne Fehlerstrom) bleibt der rh-Kontakt geschlossen und bei Wie­ derkehr der Netzspannung ist auch die Betriebsbereitschaft und die Funktion des Schutzschalters gesichert. Nach Auftre­ ten eines Fehlerstromes kann die Betriebsbereitschaft nur von Hand durch Betätigung des Tasters "S-Ein" wieder hergestellt werden.
Der erfindungsgemäße Schutzschalter als sogenannter FI-Schutz­ schalter eignet sich für elektrische Geräte, insbesondere für Schwimmschalter, die als Schaltorgan für Unterwasserpumpen, Absperrschieber od. dgl. eingesetzt werden, und für die Schutz­ erdung von Hausanschlüssen.

Claims (3)

1. Anordnung für einen Schutzschalter mit einer Fehler­ strom-Überwachungseinheit mit Differentialverstärker, an dessen ersten Eingang eine Konstantspannungsquelle und an dessen zweiten Eingang eine vom Summenstrom­ wandler der Fehlerstrom-Überwachungseinheit abgeleitete Spannung gelegt ist, und einer Erdungswiderstand-Über­ wachungseinheit, wobei
eine Konstantstromquelle, die einen Konstantstrom für einen zwischen dem Mittelpunktleiter der Netzversorgung und der Erdleitung des Schutzschalters eingespeisten Prüfstrom zur ständigen Überwachung des Erdleitungswider­ standes liefert,
ein weiterer Differentialverstärker, an dessen einen Eingang eine konstante Spannung und an dessen anderen Eingang die zwischen Mittelpunktleiter und der Erdleitung abfallende Spannung gelegt ist,
eine ODER-Verknüpfung, die die Ausgänge des Differential­ verstärkers der Erdungswiderstand-Überwachungseinheit und des Differentialverstärkers der Fehlerstrom-Überwachungs­ einheit zusammenfaßt und
ein an den Ausgang der ODER-Verknüpfung angeschlossener Schaltverstärker (13), der ein Lastrelais steuert, vorge­ sehen sind, nach Patent 25 08 979,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltverstärker (13) ein Remanenzrelais (20), steuert, das zwei Wicklungen (RH I und RH II) besitzt, wobei die eine Wicklung (RH I) als Arbeitswiderstand des Schaltverstärkers (13) arbeitet und die zweite Wicklung (RH II) im Stromkreis mit einem Taster (S-Ein) liegt.
2. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt (rh) des Remanenzrelais (20) im Er­ regerstromkreis des Lastrelais (14) liegt.
3. Schutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Auftreten eines Fehlerstroms im Verbraucher­ stromkreis (15) das Remanenzrelais (20) abfällt und sein Arbeitskontakt (21) den Steuerkreis für das Lastrelais (14) zur Unterbrechung des Ver­ braucherstromkreises (15) öffnet.
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