WO2012045103A1 - Detektoreinheit zum erkennen einer neutralleiterunterbrechung in einem symmetrischen mehrphasenstromnetz - Google Patents

Detektoreinheit zum erkennen einer neutralleiterunterbrechung in einem symmetrischen mehrphasenstromnetz Download PDF

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WO2012045103A1
WO2012045103A1 PCT/AT2011/000401 AT2011000401W WO2012045103A1 WO 2012045103 A1 WO2012045103 A1 WO 2012045103A1 AT 2011000401 W AT2011000401 W AT 2011000401W WO 2012045103 A1 WO2012045103 A1 WO 2012045103A1
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detector unit
sensor
neutral conductor
neutral
conductor
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PCT/AT2011/000401
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Roman Kolm
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Eaton Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/10—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to mechanical injury, e.g. rupture of line, breakage of earth connection
    • H02H5/105—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to mechanical injury, e.g. rupture of line, breakage of earth connection responsive to deterioration or interruption of earth connection
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    • G—PHYSICS
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    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/54—Testing for continuity
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/58—Testing of lines, cables or conductors

Definitions

  • Detector unit for detecting a neutral conductor interruption in one
  • the invention relates to a detector unit for detecting a neutral conductor interruption in a symmetrical polyphase power network according to the preamble of claim 1.
  • the resulting loads on consumers can lead to an overload of the same.
  • the object of the invention is therefore to provide a detector unit of the type mentioned, with which the mentioned disadvantages can be avoided, and with which easily a neutral conductor interruption can be detected in a symmetrical multi-phase power network.
  • a neutral interruption in a symmetrical multi-phase power network can be easily detected.
  • the interruption of the neutral conductor can be reliably detected in cases in which associated with this interruption of the neutral conductor electro-technical effects.
  • a degree of unbalanced load at neutral interruption can be further determined.
  • a shutdown of the power supply in dependence on the actual, in particular unbalanced, load of the outer conductor can be performed.
  • shutdowns can be avoided for reasons that cause no electrical effects in the outer conductors.
  • Such a detector is furthermore simple and can be produced at low cost, whereby the distribution of such detectors can be increased, and consequently the safety in a large number of electrical installations can be increased.
  • the subclaims, which as well as the patent claim 1 simultaneously form part of the description, relate to further advantageous embodiments of the invention.
  • FIG. 1 shows a first preferred embodiment of a detector unit according to the invention as a schematic representation
  • FIG. 2 shows a second preferred embodiment of a detector unit according to the invention as a schematic representation
  • FIG. 3 shows a third preferred embodiment of a detector unit according to the invention as a schematic representation
  • FIG. 4 shows a fourth preferred embodiment of a detector unit according to the invention as a schematic representation
  • FIG. 5 shows a fifth preferred embodiment of a detector unit according to the invention together with a switching device as a schematic representation
  • Fig. 6 shows a sixth preferred embodiment of a detector unit according to the invention as a schematic representation.
  • a neutral conductor interruption in a symmetrical multi-phase power network 2 can be easily recognized.
  • the interruption of the neutral conductor N can be reliably detected in cases in which this interruption of the neutral conductor N is accompanied by electro-technical effects.
  • a degree of unbalanced load at neutral interruption can be further determined.
  • a shutdown of the power supply in response to the actual, in particular unbalanced, load of the outer conductor LI, L2, L3 are performed.
  • shutdowns can be avoided for reasons which do not cause electro-technical effects in the outer conductors LI, L2, L3.
  • Such a detector unit 1 is further easy to manufacture and at low cost, whereby the spread of such detector units 1 can be increased, and consequently the safety in a variety of electrical systems can be increased.
  • a symmetrical polyphase current network 2 can be any type of corresponding power network which has a plurality of outer conductors LI, L2, L3 and a neutral conductor N, wherein the line voltages in the outer conductors LI, L2, L3 each phase by the same amount or phase angle are shifted.
  • any number of outer conductors LI, L2, L3 may be provided, in particular, three outer conductors LI, L2, L3 are provided, the outer conductor voltages are each phase-shifted by a phase angle of 120 °.
  • the application can be provided with any other number of outer conductors, such as two outer conductors LI, L2 or four outer conductors.
  • the polyphase power network 2 is next to the representation of the three outer conductors LI, L2, L3 and the neutral conductor N further illustrated by the box 2, which symbolizes a power supply network as such. Furthermore, in FIGS. 1 to 6, an unspecified load 16 is symbolically registered, wherein the corresponding connecting lines between the individual outer and neutral conductors LI, L2, L3, N and the load 16 in FIGS. 1 to 6 are not registered ,
  • Inventive detector units 1 can be designed as separate and independent electrical devices, comprising an insulating material housing and connections for electrical conductors, or be integrated into other electrical devices, such as circuit breakers.
  • the outer conductors LI, L2, L3 are each connected to a neutral point 6 by means of stubs 3, 4, 5 themselves or the same impedance.
  • the first outer conductor LI is connected by means of a first stub line 3, the second outer conductor L2 by means of a second stub 4 and the third outer conductor L3 by means of a third stub 5 to the neutral point 6.
  • the individual branch lines 3, 4, 5 are each T-shaped with a first end having an outer conductor LI, L2, L3 connected in terms of circuitry, wherein the respective second ends of the individual stubs 3, 4, 5 are interconnected circuitry in a star point 6.
  • the first, second and third stubs 3, 4, 5 have substantially the same impedance.
  • the relevant branch lines 3, 4, 5 have at least the same impedance or the same electrical resistance at least at the operating frequency of the relevant polyphase current network 2.
  • each of the stubs 3, 4, 5 at least one electrical component 8 is arranged to provide the corresponding impedance. It is preferably provided that the at least one electrical component 8 is a passive electrical component, wherein the formation of the same is particularly preferred as an ohmic resistor 9 and / or coil and / or varistor.
  • the stub lines 3, 4, 5 or the electrical components 8 arranged therein have a high impedance, preferably at least in the kilo-ohm range, in particular in the megohm range, in order to compensate for any compensating currents between the individual outer conductors LI, L2, L3 to keep small, and to keep the, in particular thermal, stress on the stubs 3, 4, 5 low.
  • the detector unit 1 further comprises at least a first sensor 7, to Detecting, in particular for measuring, the potential difference between the neutral point 6 and the neutral conductor N.
  • the first sensor 7 is preferably at least indirectly connected to the star point 6 and the neutral conductor N circuit technology, or at least parts of the first sensor with the neutral point 6 and the neutral conductor N are connected by circuitry.
  • the first sensor 7 may be designed as any type of sensor which allows detection of an electric potential difference between two points. According to a first preferred embodiment, it is provided that the first sensor 7 is designed as a voltage sensor V. As a result, an immediate measurement of the height of the potential difference is possible. Due to the high resistance of conventional voltage sensors V or voltmeter, in such a design hardly equalizing currents flow between the neutral point 6 and an optionally interrupted neutral conductor N.
  • FIG. 1 shows an embodiment with a first sensor 7 designed as a voltage sensor V.
  • the first sensor 7 is designed as a current sensor A. Since current sensors A, such as conventional ammeters, have a low internal resistance, it is provided in this connection, the stubs 3, 4, 5 form high impedance. 2 shows such a second preferred embodiment with a first sensor 7 designed as a current sensor A.
  • a measuring transducer 10 such as a summation current transformer 21, as it does is preferably provided in the later described combined training of the detector with a residual current circuit breaker 15.
  • an existing current sensor such as the summation current transformer 21 of a residual current circuit breaker 15, further be used for detecting a possible neutral conductor interruption.
  • a detector unit 1 according to the invention has at least one sensor output, on which a measurement signal of the first sensor 7 or a variable modified from such a measurement signal is output.
  • Such particularly simple embodiments of a detector unit 1 according to the invention itself have no device for further evaluation of the measurement signal of the first sensor 7. This is advantageous in the case of the use of such detector units 1 in computer-monitored systems in which, for example, a PC enters the corresponding measured values and monitors them with regard to exceeding a limit value.
  • switching operations can be controlled, whereby, in the case of a detected neutral conductor interruption, the corresponding subnet can be switched off by a switching order of the monitoring computer.
  • the assembly 20 may comprise a simple connection line between the output of the first sensor 7 or sensor output and the first output 12 of the detector unit 1.
  • the assembly 20 has an electrical measuring amplifier, and / or an evaluation circuit 1 explained in more detail below.
  • the first sensor 7 is connected to an evaluation circuit 11, which is designed to compare at least one sensor output signal of the first sensor 7 with a first limit value. It can be provided that such an evaluation circuit 1 1 is designed as a structural unit with the respective applied at least one first sensor 7.
  • the evaluation circuit 1 1 preferably has at least one mechanical and / or electrical first output 12, for causing an opening operation of a first switching device 14 and / or for displaying an operating state, and is preferably at least indirectly operatively connected to display elements and / or with isolating contacts 13.
  • this is comprehensively designed as a limit value switch, wherein an electrical and / or mechanical output signal is generated when a limit value is exceeded.
  • Such an output signal is preferably provided in order to control a first signal means, such as a lamp or a loudspeaker, to which first signal means the evaluation circuit 11 is optionally connected by circuitry.
  • the corresponding output signal is intended to cause a switching device 14 or - if provided - separating contacts 13 of the detector unit 1 to separate the respective contact pairs.
  • the evaluation circuit 1 1 is designed for further evaluation of the output signal, and / or for monitoring further criteria.
  • the evaluation circuit 11 has a microprocessor.
  • a time delay circuit inhibit the effect of the evaluation circuit 11 and / or the first output 12 is provided.
  • the evaluation circuit 1 1 and / or the first output 12 can be inhibited for a predefinable or predetermined period of time. Therefore, detected errors that only prevail during the relevant time period are ignored and do not trigger.
  • Such a time delay circuit can be implemented, for example, by an energy storage circuit in which, for example, a capacitor is charged until it reaches a certain state of charge. In this case, other circuit arrangements can also be provided, for providing a time delay.
  • the time delay circuit is designed such that the effect of the evaluation circuit 1 1 and / or the first output 12 are inhibited during commissioning of the detector unit 1 according to the invention for a predetermined or predetermined period of time, as one during commissioning
  • the detected potential difference can be attributed to the activation of the detector unit 1 itself.
  • the period of time is preferably to be chosen such that after its expiry in a test or rule no potential difference between the star point 6 and the neutral conductor N prevails, which is due to the commissioning of the detector unit 1, and is preferably a function of the concrete Design a detector unit 1 pretend.
  • Such a time delay circuit may, for example, be implemented in terms of circuitry such that the time delay circuit is additionally coupled to a digital circuit which activates the time delay circuit only at the first occurring current pulse.
  • the detector unit 1 has no other parts than those required for the detection of a neutral conductor interruption according to the invention, as well as the output of a corresponding output signal.
  • the detector unit 1 has isolating contacts 13, which in each case in the first outer conductor LI and / or the second outer conductor L2 and / or the third outer conductor L3 and / or the neutral conductor N are arranged. As a result, no further switching device 14 is required in order to switch off the relevant subnetwork in the event of an occurring neutral conductor interruption.
  • isolating contacts 13 may be arranged at any point in the respective outer conductors LI, L2, L3 and the neutral conductor N per se. It is preferably provided that the isolating contacts 13 between the physical contacting of the stub 3, 4, 5 are arranged on the outer conductors LI, L2, L3, and the point of the neutral conductor N, at which the Potential is decreased, which is compared with the potential of the star point 6.
  • the arrangement of the isolating contacts can be influenced by further technical or legal conditions.
  • the isolating contacts 13 between the circuit connection of the stub 3, 4, 5 are arranged with the outer conductors LI, L2, L3 and the circuit connection of the first sensor 7 to the neutral conductor N. As a result, it can also be determined whether the separating contacts 13 arranged in the neutral conductor N are closed.
  • the isolating contacts 13 are arranged together on a common switching shaft 18, and operated together.
  • the evaluation circuit 1 1 is at least indirectly operatively connected to the isolating contacts 13.
  • the isolating contacts 13 are actuated by a switching mechanism 17. This allows a particularly fast and safe opening of the isolating contacts 13 can be ensured.
  • FIGS. 1 to 5 the particularly preferred embodiments shown in FIGS. 1 to 5 will be described.
  • the detector unit according to FIG. 1 has a first sensor 7, which is designed as a voltage sensor V. In the voltage sensor V while an evaluation circuit 1 1 is integrated. In this embodiment, the voltage sensor V further has an electromechanical release 19, which is in mechanical operative connection with the switching mechanism 17.
  • the switching mechanism 17 acts on the integrated isolating contacts 13, which are arranged both in all outer conductors LI, L2, L3, as well as in the neutral conductor N.
  • the isolating contacts 13 are arranged according to the above-described preferred embodiment between the contacting of the outer conductor LI, L2, L3 through the stub lines 3, 4, 5, as well as the contacting of the lead of the first sensor 7 to the neutral conductor N.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a detector unit 1 equivalent to FIG. 1, wherein only the first sensor 7 is designed as a current sensor A.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a detector unit 1, the current sensor A comprising a current transformer or measuring transducer 10 being formed.
  • the transducer 10 controls the switching mechanism 17 via an electromechanical drive 19.
  • the further construction is essentially identical to FIGS. 1 and 2.
  • Fig. 4 shows a residual current circuit breaker 15 with a detector unit according to the invention 1.
  • the residual current circuit breaker 15 has a summation current converter 21 for detecting an occurring fault current.
  • the summation current transformer 21 is designed as a first sensor 7.
  • the summation current transformer 21 of the residual current circuit breaker 15 therefore acts as the first sensor 7, wherein a separately designed further first sensor can be dispensed with.
  • a summation current transformer 21 of a residual current circuit breaker 15 is generally a high-quality current transformer.
  • the summation current transformer 21 can fulfill a further purpose.
  • the functionality of such a switching device can be considerably expanded by only a small circuit complexity, or low component cost.
  • the summation current transformer 21 is arranged between the contacting of the outer conductor LI, L2, L3 through the stub lines 3, 4, 5, as well as a circuit connection 22 of the neutral point 6 with the neutral conductor N acts, via this electrical connection 22 outside the summation current transformer 21st passed electrical current, such as a fault current, and is detected by the summation current transformer.
  • the impedance of the stubs 3, 4, 5 can be specified in this embodiment, the limit of potential difference at which the residual current circuit breaker 15 triggers, without affecting the function of the fault current tripping at a certain fault current value.
  • test leads 3, 4, 5 at least one test button is arranged circuitry. This makes it possible to interrupt the relevant stub 3, 4, 5, in which the test button is arranged. In this way, a fault current can be simulated and a functional test of the fault current trip can be carried out.
  • FIG 5 shows an arrangement of a detector unit 1 according to the invention, without isolating contacts 13, and a separate switching device 14, which is controlled via the first output 12.
  • the switching device 14 is connected for this purpose with the detector unit 1 circuitry.

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Abstract

Bei einer Detektoreinheit (1) zum Erkennen einer Neutralleiterunterbrechung in einem symmetrischen Mehrphasenstromnetz (2) mit wenigstens einem ersten Außenleiter (L1), einem zweiten Außenleiter (L2) und einem Neutralleiter (N), wird zur einfachen Erkennung einer Neutralleiterunterbrechung in einem symmetrischen Mehrphasenstromnetz vorgeschlagen, dass die Außenleiter (L1, L2) jeweils mittels Stichleitungen (3, 4) selber Impedanz mit einem Sternpunkt (6) verbunden sind, und dass die Detektoreinheit (1) wenigstens einen ersten Sensor (7) aufweist, zum Erkennen, insbesondere zum Messen, einer Potential differenz zwischen dem Sternpunkt (6) und dem Neutralleiter (N).

Description

Detektoreinheit zum Erkennen einer Neutralleiterunterbrechung in einem
symmetrischen Mehrphasenstromnetz
Die Erfindung betrifft eine Detektoreinheit zum Erkennen einer Neutralleiterunterbrechung in einem symmetrischen Mehrphasenstromnetz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine Unterbrechung des Neutralleiters in symmetrischen Mehrphasenstromnetzen, wie etwa dem bekannten 400V Drehstromnetz, stellen ein Problem dar, da bei derartigen Stromnetzen eine Unterbrechung des Neutralleiters bei - im Regelfall immer wieder bzw. ständig auftretender - unsymmetrischer Belastung der einzelnen Außenleiter bzw. Phasen des entsprechenden Stromnetzes, zu unterschiedlichen Spannungen in den unterschiedlichen Außenleitern führt. Die dabei auftretenden Belastungen der Verbraucher können zu einer Überlastung derselben fuhren.
Es ist bekannt, eine Neutralleiterunterbrechung mittels eines sog. Funktionserdleiters zu erkennen. Derartigen Anordnungen sind jedoch sehr aufwändig und ausschließlich netzspannungsabhängig realisierbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Detektoreinheit der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die genannten Nachteile vermieden werden können, und mit welcher einfach eine Neutralleiterunterbrechung in einem symmetrischen Mehrphasenstromnetz erkannt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
Dadurch kann eine Neutralleiterunterbrechung in einem symmetrischen Mehrphasenstromnetz einfach erkannt werden. Dadurch kann, unter Verzicht auf die zwingende Notwendigkeit netzspannungsabhängiger Analyseanordnungen, die Unterbrechung des Neutral leiters sicher in Fällen erkannt werden, in welchen mit dieser Unterbrechung des Neutralleiters elektrotechnische Wirkungen einhergehen. Dadurch kann weiters ein Grad der unsymmetrischen Belastung bei Neutralleiterunterbrechung ermittelt werden. Dadurch kann eine Abschaltung des Stromnetzes in Abhängigkeit von der tatsächlichen, insbesondere unsymmetrischen, Belastung der Außenleiter durchgeführt werden. Dadurch können Abschaltungen aus Gründen vermieden werden, welche keine elektrotechnischen Wirkungen in den Außenleitern verursachen. Ein derartiger Detektor ist weiters einfach und zu geringen Kosten herstellbar, wodurch die Verbreitung derartiger Detektoren gesteigert werden kann, und folglich die Sicherheit in einer Vielzahl elektrischer Anlagen erhöht werden kann. Die Unteransprüche, welche ebenso wie der Patentanspruch 1 gleichzeitig einen Teil der Beschreibung bilden, betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit als schematische Darstellung;
Fig. 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfmdungsgemäßen Detektoreinheit als schematische Darstellung;
Fig. 3 eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit als schematische Darstellung;
Fig. 4 eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit als schematische Darstellung;
Fig. 5 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit zusammen mit einem Schaltgerät als schematische Darstellung; und
Fig. 6 eine sechste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit als schematische Darstellung.
Die Fig. 1 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Detektoreinheit 1 zum Erkennen einer Neutralleiterunterbrechung in einem symmetrischen Mehrphasenstromnetz 2 mit wenigstens einem ersten Außenleiter LI , einem zweiten Außenleiter L2 und einem Neutralleiter N, wobei die Außenleiter LI , L2 jeweils mittels Stichleitungen 3, 4 selber Impedanz mit einem Sternpunkt 6 verbunden sind, und wobei die Detektoreinheit 1 wenigstens einen ersten Sensor 7 aufweist, zum Erkennen, insbesondere zum Messen, einer Potentialdifferenz zwischen dem Sternpunkt 6 und dem Neutralleiter N.
Dadurch kann eine Neutralleiterunterbrechung in einem symmetrischen Mehrphasenstromnetz 2 einfach erkannt werden. Dadurch kann, unter Verzicht auf die zwingende Notwendigkeit netzspannungsabhängiger Analyseanordnungen, die Unterbrechung des Neutralleiters N sicher in Fällen erkannt werden, in welchen mit dieser Unterbrechung des Neutralleiters N elektrotechnische Wirkungen einhergehen. Dadurch kann weiters ein Grad der unsymmetrischen Belastung bei Neutralleiterunterbrechung ermittelt werden. Dadurch kann eine Abschaltung des Stromnetzes in Abhängigkeit von der tatsächlichen, insbesondere unsymmetrischen, Belastung der Außenleiter LI , L2, L3 durchgeführt werden. Dadurch können Abschaltungen aus Gründen vermieden werden, welche keine elektrotechnischen Wirkungen in den Außenleitern LI, L2, L3 verursachen. Eine derartige Detektoreinheit 1 ist weiters einfach und zu geringen Kosten herstellbar, wodurch die Verbreitung derartiger Detektoreinheiten 1 gesteigert werden kann, und folglich die Sicherheit in einer Vielzahl elektrischer Anlagen erhöht werden kann.
Erfindungsgemäße Detektoreinheiten 1 sind zum Erkennen einer Neutralleiterunterbrechung in einem elektrischen symmetrischen Mehrphasenstromnetz 2 vorgesehen. Bei einem symmetrischen Mehrphasenstromnetz 2 kann es sich um jede Art eines entsprechenden Stromnetzes handeln, welches mehrere Außenleiter LI , L2, L3 und einen Neutralleiter N aufweist, wobei die Netzspannungen in den Außenleitern LI , L2, L3 zueinander jeweils um denselben Betrag bzw. Phasenwinkel phasen verschoben sind. Dabei kann jede Anzahl an Außenleitern LI , L2, L3 vorgesehen sein, wobei insbesondere drei Außenleiter LI , L2, L3 vorgesehen sind, deren Außenleiterspannungen jeweils um einen Phasenwinkel von 120° phasenverschoben sind. Die gegenständliche Erfindung wird in weiterer Folge, unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6, hinsichtlich deren Anwendung an einem solchen Mehrphasenstromnetz 2 mit drei Außenleitern: einem ersten Außenleiter LI , einem zweiten Außenleiter L2, einem dritten Außenleiter L3 und einem Neutralleiter N beschrieben, wobei insbesondere auch die Anwendung mit jeder anderen Anzahl an Außenleitern vorgesehen sein kann, etwa mit zwei Außenleitern LI , L2 bzw. mit vier Außenleitern.
In den Fig. 1 bis 6 ist das Mehrphasenstromnetz 2 neben der Darstellung der drei Außenleiter LI, L2, L3 und des Neutralleiters N weiters durch das Kästchen 2 veranschaulicht, welches ein Stromversorgungsnetz als solches symbolisiert. Weiters ist in den Fig. 1 bis 6 eine nicht näher bestimmte Last 16 symbolisch eingetragen, wobei die entsprechenden Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Außen- und Neutralleitern LI , L2, L3, N und der Last 16 in den Fig. 1 bis 6 nicht eingetragen sind.
Erfindungsgemäße Detektoreinheiten 1 können als separate und eigenständige elektrische Geräte, umfassend ein Isolierstoffgehäuse sowie Anschlüsse für elektrische Leiter, ausgebildet sein, bzw. in andere elektrische Geräte, etwa Schutzschalter, integriert sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Außenleiter LI , L2, L3 jeweils mittels Stichleitungen 3, 4, 5 selber bzw. gleicher Impedanz mit einem Sternpunkt 6 verbunden sind. Dabei ist der erste Außenleiter LI mittels einer ersten Stichleitung 3, der zweite Außenleiter L2 mittels einer zweiten Stichleitung 4 und der dritte Außenleiter L3 mittels einer dritten Stichleitung 5 mit dem Sternpunkt 6 verbunden. Die einzelnen Stichleitungen 3, 4, 5 sind jeweils mit einem ersten Ende T-förmig mit einem Außenleiter LI, L2, L3 schaltungstechnisch verbunden, wobei die jeweiligen zweiten Enden der einzelnen Stichleitungen 3, 4, 5 in einem Sternpunkt 6 schaltungstechnisch miteinander verbunden sind. Die erste, zweite und dritte Stichleitung 3, 4, 5 weisen im Wesentlichen dieselbe Impedanz auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass die betreffenden Stichleitungen 3, 4, 5 wenigstens bei der Betriebsfrequenz des betreffenden Mehrphasenstromnetzes 2 im Wesentlichen die gleich Impedanz bzw. den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in jeder der Stichleitungen 3, 4, 5 wenigstens ein elektrisches Bauelement 8 angeordnet ist, um die entsprechende Impedanz bereitzustellen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das wenigstens eine elektrische Bauelement 8 ein passives elektrisches Bauelement ist, wobei besonders bevorzugt die Ausbildung derselben als ohmscher Widerstand 9 und/oder Spule und/oder Varistor ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stichleitungen 3, 4, 5 bzw. die in diesen angeordneten elektrischen Bauelemente 8 eine hohe Impedanz, vorzugsweise wenigstens im Kiloohm-Bereich, insbesondere im Megaohm-Bereich, aufweisen, um eventuell auftretende Ausgleichsströme zwischen den einzelnen Außenleitern LI , L2, L3 klein zu halten, und die, insbesondere thermische, Belastung der Stichleitungen 3, 4, 5 gering zu halten.
Im Falle einer absolut symmetrischen Belastung der Außenleiter LI , L2, L3 und/oder bei unbeschädigtem Neutralleiter N liegt am Sternpunkt 6 dasselbe elektrische Potential an, wie am Neutralleiter N. Verschiedene Potentiale im Sinn der gegenständlichen Erfindung sind elektrische Potentiale bezogen auf ein vorgebbares Bezugspotential. Ein unterbrochener Neutralleiter N führt bei der im Regelfall auftretenden unsymmetrischen Belastung der Außenleiter LI , L2, L3 dazu, dass am Sternpunkt 6 ein anderes Potential anliegt, als am unterbrochenen Neutralleiter N. Erfindungsgemäß weist die Detektoreinheit 1 weiters wenigstens einen ersten Sensor 7 auf, zum Erkennen, insbesondere zum Messen, der Potentialdifferenz zwischen dem Sternpunkt 6 und dem Neutralleiter N. Sofern eine Potentialdifferenz zwischen Sternpunkt 6 und Neutralleiter N erkannt bzw. festgestellt wird, kann auf einen unterbrochenen Neutralleiter N geschlossen werden. Bevorzugt ist vorgesehen, die Potentialdifferenz zu quantifizieren bzw. zu Messen. Aufgrund der Höhe bzw. Größe der bevorzugt gemessenen Potentialdifferenz kann weiters auf den Grad der unsymmetrischen Belastung geschlossen werden, und folglich auf einen Grad der zusätzlichen Belastung der Außenleiter LI , L2, L3. Der erste Sensor 7 ist bevorzugt wenigstens mittelbar mit dem Sternpunkt 6 und dem Neutralleiter N schaltungstechnisch verbunden, bzw. sind wenigstens Teile des ersten Sensors mit dem Sternpunkt 6 und dem Neutralleiter N schaltungstechnisch verbunden.
Der erste Sensor 7 kann als jede Art eines Sensors ausgebildet sein, welcher ein Erkennen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten ermöglicht. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Sensor 7 als Spannungssensor V ausgebildet ist. Dadurch ist eine unmittelbare Messung der Höhe der Potentialdifferenz möglich. Aufgrund der Hochohmigkeit üblicher Spannungssensoren V bzw. Voltmeter, fließen bei einer derartigen Ausbildung kaum Ausgleichsströme zwischen dem Sternpunkt 6 und einem gegebenenfalls unterbrochenen Neutraleiter N. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform mit einem, als Spannungssensor V ausgebildeten ersten Sensor 7.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Sensor 7 als Stromsensor A ausgebildet ist. Da Stromsensoren A, etwa herkömmliche Amperemeter, einen geringen Innenwiderstand aufweisen, ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, die Stichleitungen 3, 4, 5 hochohmig auszubilden. Fig. 2 zeigt eine derartige zweite bevorzugte Ausführungsform mit einem, als Stromsensor A ausgebildeten ersten Sensor 7. Neben der bereits angedachten Ausbildung des Stromsensors A als Amperemeter, kann vorgesehen sein, diesen umfassend einen Messwandler 10, etwa einem Summenstromwandler 21 , auszubilden, wie dies bei der an späterer Stelle beschriebenen kombinierten Ausbildung des Detektors mit einem Fehlerstromschutzschalter 15 bevorzugt vorgesehen ist. Dadurch kann insbesondere ein bereits vorhandener Stromsensor, etwa der Summenstromwandler 21 eines Fehlerstromschutzschalters 15, weiters für das Erkennen einer allfälligen Neutralleiterunterbrechung eingesetzt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass eine erfindungsgemäße Detektoreinheit 1 wenigstens einen Sensorausgang aufweist, an welchem ein Messsignal des ersten Sensors 7 bzw. eine aus einem solchen Messsignal abgewandelte Größe ausgegeben wird. Derartige besonders einfache Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit 1 weisen selbst keine Vorrichtung zur weiteren Bewertung des Messsignals des ersten Sensors 7 auf. Dies ist vorteilhaft bei der Verwendung derartiger Detektoreinheiten 1 in computerüberwachten Anlagen, in welchen etwa ein PC die entsprechenden Messwerte einließt und diese hinsichtlich einer Überschreitung eines Grenzwertes überwacht. In einer derartigen computerüberwachten Anlage können oftmals auch Schaltvorgänge gesteuert werden, wodurch im Fall einer erkannten Neutralleiterunterbrechung das entsprechende Teilnetz durch einen Schaltauftrag des überwachenden Computers abgeschaltet werden kann.
Fig. 6 zeigt eine derartige besonders bevorzugte Ausführungsform. Die Baugruppe 20 kann dabei eine simple Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang des ersten Sensors 7 bzw. Sensorausgangs und dem ersten Ausgang 12 der Detektoreinheit 1 umfassen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Baugruppe 20 einen elektrischen Messverstärker aufweist, und/oder eine nachfolgend näher erläuterte Auswerteschaltung 1 1.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Sensor 7 mit einer Auswerteschaltung 1 1 verbunden ist, welche wenigstens zum Vergleich eines Sensorausgangssignals des ersten Sensors 7 mit einem ersten Grenzwert ausgebildet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine derartige Auswerteschaltung 1 1 als bauliche Einheit mit dem jeweils angewandten wenigstens einen ersten Sensor 7 ausgebildet ist.
Die Auswerteschaltung 1 1 weist bevorzugt wenigstens einen mechanischen und/oder elektrischen ersten Ausgang 12 auf, zum Verursachen eines Öffnungsvorganges eines ersten Schaltgeräts 14 und/oder zur Anzeige eines Betriebszustandes, und ist bevorzugt mit Anzeigeelementen und/oder mit Trennkontakten 13 wenigstens mittelbar wirkverbunden. Gemäß einer ersten einfachen bevorzugten Ausführungsform einer Auswerteschaltung 11, ist diese umfassend einen Grenzwertschalter ausgebildet, wobei bei Überschreiten eines Grenzwertes ein elektrisches und/oder mechanisches Ausgangssignal erzeugt wird. Ein solches Ausgangssignal ist bevorzugt vorgesehen, um ein erstes Signalmittel, etwa eine Lampe oder ein Lautsprecher, anzusteuern, mit welchem ersten Signalmittel die Auswerteschaltung 1 1 gegebenenfalls schaltungstechnisch verbunden ist. Weiters ist das entsprechende Ausgangssignal dazu vorgesehen ein Schaltgerät 14 bzw. - sofern vorgesehen - Trennkontakte 13 der Detektoreinheit 1 dazu zu veranlassen die jeweiligen Kontaktpaare zu trennen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann weiters vorgesehen sein, dass die Auswerteschaltung 1 1 zur weiteren Auswertung des Ausgangssignals ausgebildet ist, und/oder zur Überwachung weiterer Kriterien. So kann etwa bevorzugt vorgesehen sein, dass die Auswerteschaltung 1 1 einen Mikroprozessor aufweist.
Da insbesondere unmittelbar bei Inbetriebnahme einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit 1 kurzzeitig fließende Ausgleichsströme nicht ausgeschlossen werden können, ist in Weiterbildung der Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass eine Zeitverzögerungsschaltung zur Hemmung der Wirkung der Auswerteschaltung 1 1 und/oder des ersten Ausgangs 12 vorgesehen ist. Dadurch kann die Auswerteschaltung 1 1 und/oder der erste Ausgang 12 für eine vorgebbare bzw. vorgegebene Zeitdauer gehemmt werden. Daher bleiben erkannte Fehler, welche lediglich währen der betreffenden Zeitdauer vorherrschen unberücksichtigt, und führen zu keiner Auslösung. Eine derartige Zeitverzögerungsschaltung kann etwa durch eine Energiespeicherschaltung umgesetzt werden, bei welcher etwa ein Kondensator bis zum Erreichen eines bestimmten Ladezustandes aufgeladen wird. Es können dabei auch andere Schaltungsanordnungen vorgesehen sein, zum Bereitstellen einer Zeitverzögerung.
Insbesondere ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Zeitverzögerungsschaltung derart ausgebildet ist, dass die Wirkung der Auswerteschaltung 1 1 und/oder des ersten Ausgangs 12 während der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Detektoreinheit 1 für eine vorgebbare bzw. vorgegebene Zeitdauer gehemmt werden, da eine während der Inbetriebnahme erkannte Potentialdifferenz in der Regel auf eben die Inbetreibnahme der Detektoreinheit 1 selbst zurückgeführt werden kann. Die Zeitdauer ist dabei bevorzugt derart zu wählen, dass nach deren Ablauf in einem Test- bzw. Regelfall keine Potentialdifferenz zwischen dem Sternpunkt 6 und dem Neutralleiter N vorherrschend ist, welche auf die Inbetriebnahme der Detektoreinheit 1 zurückgeht, und ist bevorzugt in Abhängigkeit von der konkreten Ausführung einer Detektoreinheit 1 vorzugeben. Eine derartige Zeitverzögerungsschaltung kann beispielsweise derart schaltungstechnisch umgesetzt werden, dass die Zeitverzögerungsschaltung zusätzlich mit einer Digitalschaltung gekoppelt ist, welche die Zeitverzögerungsschaltung lediglich beim ersten auftretenden Strompuls aktiviert. Wie in Fig. 6 dargestellt, kann vorgesehen sein, dass die Detektoreinheit 1 keine weiteren Teile aufweist, als die für die erfindungsgemäße Detektion einer Neutralleiterunterbrechung erforderlichen, sowie die Ausgabe eines entsprechenden Ausgangssignals. Gemäß den besonders bevorzugten Ausbildungen erfindungsgemäßer Detektoreinheiten 1 , wie diese etwa in den Fig. 1 bis 3 schematischdargestellt ist, ist vorgesehen, dass die Detektoreinheit 1 Trennkontakte 13 aufweist, welche jeweils in dem ersten Außenleiter LI und/oder dem zweiten Außenleiter L2 und/oder dem dritten Außenleiter L3 und/oder dem Neutralleiter N angeordnet sind. Dadurch ist kein weiteres Schaltgerät 14 erforderlich, um im Fall einer auftretenden Neutralleiterunterbrechung das betreffende Teilnetz abzuschalten.
Diese Trennkontakte 13 können an sich an beliebiger Stelle in den jeweiligen Außenleitern LI, L2, L3 und dem Neutralleiter N angeordnet sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Trennkontakte 13 zwischen der physischen Kontaktierung der Stichleitung 3, 4, 5 an den Außenleitern LI, L2, L3, und der Stelle des Neutralleiters N angeordnet sind, an welcher das Potential abgenommen wird, welches mit dem Potential des Sternpunktes 6 verglichen wird. Die Anordnung der Trennkontakte kann dabei durch weitere technische bzw. gesetzliche Bedingungen beeinflusst werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Trennkontakte 13 zwischen der schaltungstechnischen Verbindung der Stichleitung 3, 4, 5 mit den Außenleitern LI , L2, L3 und der schaltungstechnischen Verbindung des ersten Sensors 7 mit dem Neutralleiter N angeordnet sind. Dadurch kann auch festgestellt werden, ob die im Neutralleiter N angeordneten Trennkontakte 13 geschlossen sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Trennkontakte 13 zusammen auf einer gemeinsamen Schaltwelle 18 angeordnet sind, und gemeinsam betätigt werden.
Zum gesteuerten Öffnen der Trennkontakte, ist die Auswerteschaltung 1 1 wenigstens mittelbar mit den Trennkontakten 13 wirkverbunden. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Trennkontakte 13 von einem Schaltschloss 17 angesteuert werden. Dadurch kann ein besonders schnelles und sicheres Öffnen der Trennkontakte 13 gewährleistet werden.
Nachfolgend werden die weiters in den Fig. 1 bis 5 dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
Die Detektoreinheit gemäß Fig. 1 weist einen ersten Sensor 7 auf, welcher als Spannungssensor V ausgebildet ist. In dem Spannungssensor V ist dabei eine Auswerteschaltung 1 1 integriert. Der Spannungssensor V weist in dieser Ausführungsform weiters einen elektromechanischen Auslöser 19 auf, welcher in mechanischer Wirkverbindung mit dem Schaltschloss 17 steht. Das Schaltschloss 17 wirkt auf die integrierten Trennkontakte 13, welche sowohl in sämtlichen Außenleitern LI , L2, L3, als auch im Neutralleiter N angeordnet sind. Die Trennkontakte 13 sind dabei gemäß der vorstehend dargelegten bevorzugten Ausführungsform zwischen der Kontaktierung der Außenleiter LI , L2, L3 durch die Stichleitungen 3, 4, 5, sowie der Kontaktierung der Zuleitung des ersten Sensors 7 an dem Neutralleiter N angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine zu Fig. 1 äquivalente Ausführungsform einer Detektoreinheit 1 , wobei lediglich der erste Sensor 7 als Stromsensor A ausgebildet ist.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Detektoreinheit 1 , wobei der Stromsensor A umfassend einen Stromwandler bzw. Messwandler 10 ausgebildet ist. Der Messwandler 10 steuert über einen elektromechanischen Antrieb 19 das Schaltschloss 17 an. Der weitere Aufbau ist im Wesentlichen mit einem den Fig. 1 und 2 identisch. Fig. 4 zeigt einen Fehlerstromschutzschalter 15 mit einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit 1. Der Fehlerstromschutzschalter 15 weist dabei einen Summenstrom wandler 21 zum Detektieren eines auftretenden Fehlerstromes auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der gegenständlichen Erfindung ist vorgesehen, dass der Summenstromwandler 21 als erster Sensor 7 ausgebildet ist. Der Summenstromwandler 21 des Fehlerstromschutzschalters 15 fungiert daher als erster Sensor 7, wobei auf einen separat ausgebildeten weiteren ersten Sensor verzichtet werden kann. Dadurch kann eine besonders hohe Auslösesicherheit erreicht werden, da es sich bei einem Summenstromwandler 21 eines Fehlerstromschutzschalters 15 in der Regel um einen hochwertigen Stromwandler handelt. Dadurch kann der Summenstromwandler 21 einen weiteren Einsatzzweck erfüllen. Dadurch kann durch einen lediglich geringen schaltungstechnischen Aufwand, bzw. geringen Bauteilaufwand die Funktionalität eines derartigen Schaltgerätes erheblich erweitert werden. Da der Summenstromwandler 21 zwischen der Kontaktierung der Außenleiter LI , L2, L3 durch die Stichleitungen 3, 4, 5, sowie einer schaltungstechnischen Verbindung 22 des Sternpunktes 6 mit dem Neutralleiter N angeordnet ist, wirkt ein, über diese elektrische Verbindung 22 außen am Summenstromwandler 21 vorbei geführter elektrischer Strom, wie ein Fehlerstrom, und wird durch den Summenstromwandler detektiert. Durch Abstimmung der Impedanz der Stichleitungen 3, 4, 5 kann bei dieser Ausführungsform der Grenzwert an Potentialdifferenz vorgegeben werden, bei welchem der Fehlerstromschutzschalter 15 auslöst, ohne die Funktion der Fehlerstromauslösung bei einem bestimmten Fehlerstromwert zu beeinflussen.
In Weiterbildung der gegenständlichen Ausführungsform kann weiters vorgesehen sein, dass in wenigstens einer der Stichleitungen 3, 4, 5 wenigstens ein Prüftaster schaltungstechnisch angeordnet ist. Dadurch besteht die Möglichkeit die betreffende Stichleitung 3, 4, 5, in welcher der Prüftaster angeordnet ist, zu unterbrechen. Derart kann ein Fehlerstrom simuliert werden, und eine Funktionsprüfung der Fehlerstromauslösung durchgeführt werden.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung aus einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit 1 , ohne Trennkontakte 13, und einem separaten Schaltgerät 14, welche über den ersten Ausgang 12 angesteuert wird. Das Schaltgerät 14 ist zu diesem Zweck mit der Detektoreinheit 1 schaltungstechnisch verbunden.
Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Detektoreinheit (1) zum Erkennen einer Neutralleiterunterbrechung in einem symmetrischen Mehrphasenstromnetz (2) mit wenigstens einem ersten Außenleiter (LI), einem zweiten Außenleiter (L2) und einem Neutralleiter (N), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenleiter (LI, L2) jeweils mittels Stichleitungen (3, 4) selber Impedanz mit einem Sternpunkt (6) verbunden sind, und dass die Detektoreinheit (1) wenigstens einen ersten Sensor (7) aufweist, zum Erkennen, insbesondere zum Messen, einer Potentialdifferenz zwischen dem Sternpunkt (6) und dem Neutralleiter (N).
2. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der Stichleitungen (3, 4) wenigstens ein elektrisches Bauelement (8), insbesondere ein Widerstand (9) und/oder eine Spule und/oder ein Varistor, angeordnet ist.
3. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (7) wenigstens mittelbar mit dem Sternpunkt (6) und dem Neutralleiter (N) schaltungstechnisch verbunden ist.
4. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (7) als Spannungssensor (V) ausgebildet ist.
5. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (7) als Stromsensor (A) ausgebildet ist.
6. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (A) umfassend einen Messwandler (10) ausgebildet ist.
7. Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (7) mit einer Auswerteschaltung (1 1) verbunden ist, welche wenigstens zum Vergleich eines Sensorausgangssignals des ersten Sensors (7) mit einem ersten Grenzwert ausgebildet ist.
8. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (1 1) schaltungstechnisch mit wenigstens einem ersten Signalmittel verbunden ist.
9. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (1 1) wenigstens einen mechanischen und/oder elektrischen ersten Ausgang (12) aufweist, zum Verursachen eines Öffnungsvorganges eines ersten Schaltgeräts (14) und/oder zur Anzeige eines Betriebszustandes.
10. Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitverzögerungsschaltung zur Hemmung der Wirkung der Auswerteschaltung (1 1) und/oder des ersten Ausgangs (12) vorgesehen ist.
1 1. Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (1) Trennkontakte (13) aufweist, welche jeweils in dem ersten Außenleiter (LI) und/oder dem zweiten Außenleiter (L2) und/oder dem Neutralleiter (N) angeordnet sind.
12. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (1 1) wenigstens mittelbar mit den Trennkontakten (13) wirkverbunden ist, zum vorgebbaren Öffnen der Trennkontakte (13).
13. Fehlerstromschutzschalter (15) mit einer Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Fehlerstromschutzschalter (15) nach Anspruch 13, wobei der Fehlerstromschutzschalter (15) wenigstens einen Summenstromwandler (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Summenstromwandler (21) als erster Sensor (7) ausgebildet ist.
15. Fehlerstromschutzschalter (15) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer der Stichleitungen (3, 4) wenigstens ein Prüftaster schaltungstechnisch angeordnet ist.
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