AT13078U1 - Fehlerstromschutzschalter mit 5 oder mehr leitern durch den summenstromwandler - Google Patents

Abstract

Fehlerstromschutzschalter für eine elektrische Niederspannungsanlage mit einem Summenstromwandler (42), durch den die vier Leiter (L1, L2, L3, N) eines Drehstromnetzes geführt sind, wobei die Leiter (L1, L2, L3, N) mit jeweils einem Lastabschaltkontakt (412) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Leiter durch den Summenstromwandler (42) geführt ist und mit einem weiteren Lastabschaltkontakt (413) verbunden ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 13 078 U1 2013-05-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter für elektrische Niederspannungsanlagen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Der Fehlerstromschutzschalter (auch RCD) wurde bereits 1903 von Schuckert unter der Bezeichnung Summenstromschaltung zur Erdschlusserfassung patentiert (DRP-Nr. 160.069). Kuhlmann beschreibt bei AEG eine Methode zur Messung der Erdschlussströme im Berliner Netz. Weiterentwickelt wird die Technik, auf der auch heutige Fehlerstromschutzschalter basieren, von Nicholsen (1908, USA-Pat-Nr. 959.787).

[0003] Anfang der 1950er Jahre wird nach zahllosen Anregungen und technischen Studien zur grundsätzlichen Anwendbarkeit der Schaltung als Schutzeinrichtung erstmals ein ausgereifter Fehlerstromschutzschalter für den breiten Einsatz beim Stromkunden präsentiert. Belegt ist darin für 1951 ein Fehlerstromschutzschalter der Firma Schutzapparate-Gesellschaft & Co. mbH. KG, Schalksmühle/Westf. mit der Handelsbezeichnung Spinnennetz, der in zwei-, drei-und vierpoliger Ausführung für einen Nennstrom von 25 A und Spannungen bis 380 V bei einem Auslösefehlerstrom von 0,3 A ausgelegt war. Eine geringere Auslöseschwelle wurde diskutiert, jedoch als wirtschaftlich unvernünftig verworfen. Die damals zulässigen Ableitströme bei Wärmegeräten hätten bei einer geringeren Auslöseschwelle auch zu häufigen Fehlauslösungen geführt.

[0004] I m Jahr 1957 entwickelte Gottfried Biegelmeier in Österreich bei Feiten & Guilleaume einen Fehlerstromschutzschalter. Diese wurden dort im Jahr 1980 auch in Privathaushalten gesetzlich vorgeschrieben, wobei die Auslösestromstärke schrittweise von ursprünglich 100 mA auf 70, 65 und 30 mA herabgesetzt wurde. Seit Anfang 1985 gilt dies mit dem Inkrafttreten der Vorschrift SEV 1000-1.1985 auch in der Schweiz.

[0005] Ein Fehlerstromschutzschalter benötigt ein funktionierendes Schutzleiternetz oder eine funktionierende Anlagenerdung. In neuen Anlagen muss beides funktionstüchtig ausgeführt sein. Tritt ein Fehler an einem Gerät der Schutzklasse 1 (Metallgehäuse oder elektrische Bauteile nicht doppelt isoliert) fließt ein Strom von einem der Betriebsstrom führenden Außenleiter über das Gehäuse und der Erdung zur Betriebserde zurück. Je nach Größe des RF-Fehlerwiderstands oder Übergangswiderstands und des Auslösestroms des Fehlerstromschutzschalters (10 mA, 30mA; 100 mA ,1000 mA) wird der Fehlerstrom durch den Fehlerstromschutzschalter begrenzt.

[0006] Dies funktioniert folgendermaßen: Der Strom, der über den Summenstromwandler des Fehlerstromschutzschalters durch die Betriebsleiters fließt ist als Summe im Nicht-Fehlerfall immer Null, weil sich die magnetischen Felder der einzelnen Betriebstrom führenden Leiter gegenseitig aufheben. Fließt ein Teil des Stromes, der über die Außenleiter zur nachgeschalteten elektrischen Anlage führt, nicht über den Neutralleiter zurück (es geht auch ohne Neutralleiter, z.B. bei Drehstrom-Asynchron-Maschinen, wo sich die magnetischen Felder der einzelnen Leiter gegenseitig aufheben) sondern über den Schutzleiter oder die Gebäudeerdung, ist die Summe der Ströme im Summenstromwandler des Fehlerstromschutzschalters nicht mehr gleich Null, d.h. das magnetische Feld eines der Betriebsstrom führenden Leiters ist schwächer als das der anderen. Dadurch bildet sich um die Betriebsstrom führenden Leiter, die um den Summenstromwandler gewickelt sind, ein magnetisches Wechselfeld, das solange bestehen bleibt, solange der Fehler vorhanden ist.

[0007] Da der Summenstromwandler aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht, konzentriert sich im Summenstromwandler das magnetische Wechselfeld, wodurch in einer zweiten Wicklung um den Summenstromwandler eine Spannung induziert wird. Wenn das Defizit der Betriebsstrom führenden Leiter größer ist als es der Fehlerstromtyp des Fehlerstromschutzschalters zulässt, kommt es zur allpoligen Abschaltung.

[0008] Es gibt die verschiedensten Arten und Typen von Fehlerstromschutzschaltern. In Ergänzung sei festgehalten, dass das Prinzip des Fehlerstromschutzschalters auch mit Gleichspan- 1/13 österreichisches Patentamt AT 13 078 U1 2013-05-15 nung funktioniert. Hierzu muss ein Hallsensor in den Summenstromwandler integriert werden, der die Stärke des magnetischen Flusses misst. Derartige Fehlerstromschutzschalter benötigen aber eine unabhängige Spannungsversorgung, um korrekt zu funktionieren. Es gibt in der Summe drei wesentliche Typen von Fehlerstromschutzschaltern, welche je nach Art des Fehlerstroms den sie erfassen können: [0009] Typ AC erfassen nur rein sinusförmige Fehlerströme. Bei Fehlerströmen, welchen ein Gleichstrom zufolge einer Gleichrichtung überlagert ist, kommt es aufgrund der magnetischen Sättigung im Kern des Stromwandlers zu keiner Auslösung. Diese Typen werden daher kaum eingesetzt.

[0010] Typ A umfassen die handelsüblichen, pulsstromsensitiven Fehlerstromschutzeinrichtungen. Dieser Typ erfasst sowohl rein sinusförmige Wechselströme als auch pulsierende Gleichfehlerströme. Die zusätzliche Empfindlichkeit wird durch spezielle Magnetwerkstoffe für die eingesetzten Ringbandkerne und Resonanzschaltungen zur Beeinflussung des Frequenzgangs erreicht. Pulsstromsensitive Fehlerstromschutzeinrichtungen arbeiten netzspannungsunabhängig· [0011] Typ B sind allstromsensitive Fehlerstromschutzschalter, welche neben Wechselfehlströmen auch glatte Gleichfehlströme erfassen können. Diese Fl-Schalter enthalten einen zweiten Summenstromwandler und eine Elektronikeinheit. Die Überwachung auf Gleichfehlerströme erfordert eine Stromversorgung und ist somit netzspannungsabhängig. Der Wechsel- bzw. pulsstromsensitive Schalterteil ist davon unabhängig und arbeitet wie bei Typ A netzspannungsunabhängig. Der Einsatz von Typ B ist insbesondere bei Wechselrichtern und Frequenzumrichtern, welche im Bereich des Zwischenkreises mit Gleichrichtern arbeiten, wesentlich. Herkömmliche Fehlerstromschutzschalter vom Typ A würden bei einem Erdschluss hinter der Gleichrichterbrücke durch den dann vorhandenen Gleichfehlerstrom vormagnetisiert und funktionsunfähig.

[0012] Mittlerweile gibt es auch kombinierte FI/LS-Sicherungen mit LS Sicherung (zB.: 30mA Fl und 16A LS-Automat.) So ist dann ein zweipoliger (L + N) FI/LS-Schalter nur noch so breit wie zwei normale LS-Sicherungsautomaten. Um einzelne Steckdosen mit Fl abzusichern sind auch Fl-Steckdosen und FI-Schutzschalter für Wanddosen verfügbar, welche ähnlich wie schaltbare Steckdosen (Zwischenstecker) aussehen.

[0013] Handelsüblich sind Fehlerstromschutzschalter in der Bauart Afür Bemessungsdifferenzströme von ΔΝ=10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA, 500 mA und 1 A. Die Toleranz des Differenzstromes eines Fehlerstromschutzschalters liegt laut VDE bei -50 %, was garantieren soll, dass der Nenn-Auslösestrom bei keinem Exemplar überschritten wird.

[0014] Zum Personenschutz ist ein maximaler Ansprechstrom von 10 mA oder 30 mA und für den Brandschutz einer von 300 mA vorgeschrieben. Die maximale Auslösezeit für nichtselektive Fehlerstromschutzschalter ist laut VDE-Norm DIN VDE 0100-410:2007 auf 400 ms im TN-Netz bei einfachem Nennfehlerstrom festgelegt. Bei 5-fachem Nennfehlerstrom muss der Fehlerstromschutzschalter unter 40 ms auslösen. Zur Selektivität und zum Betrieb von Geräten mit Netzfiltern (höherer Ableitstrom beim Einschalten) sind ansprechverzögerte Typen verfügbar. Die Abschaltzeiten bei einfachem Nennfehlerstrom liegen hier zwischen 200 und 500 ms. Bei 5-fachem Nennfehlerstrom müssen diese zwischen 40 und 150 ms auslösen. Zu beachten ist, dass ein Fehlerstromschutzschalter die Höhe des Fehlerstroms nicht begrenzt; er schaltet lediglich bei Erreichen der eingestellten maximalen Differenzstromhöhe den Fehlerstrom ab. Das bedeutet, dass bis zum Abschalten (je nach Modell z. B. 30 ms) ein nur vom Netz bzw. einer Überstromschutzeinrichtung begrenzter hoher Strom fließen kann.

[0015] In deutschen Normen wurden früherfolgende Begriffe verwendet: [0016] · Fehlerstromschutzschalter (Fl) für netzspannungsunabhängige Geräte (ohne Hilfs spannungsquelle), [0017] · Differenzstromschutzschalter (Dl) für netzspannungsabhängige Geräte (mit Hilfsspan nungsquelle). 2/13 österreichisches Patentamt AT13 078U1 2013-05-15 [0018] · Personenschutzautomat ist ein Marketingname und technisch nicht genau definiert.

[0019] Für Fehlerstromschutzschalter, die mit Leitungsschutzschaltern kombiniert sind, wurden folgende Bezeichnungen verwendet: [0020] · FI/LS-Schutzschalter, wenn sie netzspannungsunabhängig waren, [0021] · DI/LS-Schutzschalter, wenn sie netzspannungsabhängig waren.

[0022] Die Unterscheidung in netzspannungsunabhängige und netzspannungsabhängige Schutzgeräte wird in englischsprachigen Normen nicht gemacht und auch in den IEC- und EN-Normen nicht benutzt. In den internationalen Gerätenormen werden folgende Bezeichnungen verwendet: [0023] · RCCB = Residual Current operated Circuit-Breaker without over current protection, entspricht den reinen Fl- bzw. Dl-Schaltern, (ist gleichwertig zu RCD residual-current device) [0024] · RCBO = Residual Current operated circuit-Breaker with integral Over current protec tion, entspricht den kombinierten FI/LS- und LS/DI-Schaltern, [0025] · SRCD = Socket outlet with Residual Current operated Device, sind Fl- bzw. Dl-

Steckdosen (diese Schutzelemente sind für den Einbau in Steckdosen gedacht), [0026] · PRCD = Portable Residual Current operated Device, sind ortsveränderliche Fehler strom-Schutzeinrichtungen, [0027] · RCU = Residual Current Units, sind Fehlerstrom-Auslöser zum Anbau an Leistungs schaltern, [0028] · CBR = Circuit-Breaker incorporating Residual current protection, sind Leistungsschal ter mit Fehlerstromschutzfunktion.

[0029] · GFCI = Ground Fault Circuit Interrupter, ist der in Nordamerika verwendete Begriff für RCCB.

[0030] In den Errichtungsbestimmungen für elektrische Anlagen werden Fehlerstrom-Schutzschalter einheitlich unter einem übergeordneten Begriff RCD geführt. Eine Differenzierung zwischen Fl, Dl oder speziellen Bauformen wird in den Errichtungsbestimmungen für elektrische Anlagen nicht mehr vorgenommen. Hier ist das Schutzziel entscheidend. Dieses muss in Abhängigkeit vom Einsatzort mit unterschiedlichen Bauformen realisiert werden.

[0031] Der Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern wird in vielen Ländern im Haushalts- und Industriebereich zumindest für Steckdosen (bis 20 A oder 32 A) (etwa DIN VDE oder ÖVE) zusätzlich zu den installierten Überstromschutzorganen zwingend verlangt. Ein Fehlerstromschutzschalter mit einer Auslösestromdifferenz von 300 mA wird als Brandschutz der gesamten elektrischen Anlage von einigen Energieversorgungsunternehmen oftmals vorgeschrieben, wenn die Hauseinspeisung nicht über Erdkabel, sondern über Dachfreileitungen erfolgt. In Europa sind, bis auf Großbritannien, netzspannungsunabhängige FI-Schutzschalter (RCD) vorgeschrieben. Die dahinterstehende Sicherheitsphilosophie stellt die Zuverlässigkeit der elektronischen Verstärkerschaltungen in Frage, welche in den einfacheren und kleineren elektronischen Dl-Schaltern (Differenzstrom-Schutzschalter) im englischsprachigen Raum angewendet werden.

[0032] In Deutschland sind Fehlerstromschutzschalter seit 1984 für Feuchträume in Neubauten vorgeschrieben. Seit 1. Februar 2009 müssen außerdem alle Steckdosen-Stromkreise, welche durch elektrotechnische Laien genutzt werden, mit einem Fehlerstromschutzschalter ausgestattet sein (in Innenräumen bis 20A, im Außenbereich bis 32A).

[0033] Laut DIN 68800 handelt es sich um einen Feuchtraum, wenn längerfristig eine Luftfeuchtigkeit oberhalb 70 % vorhanden ist. Damit handelt es sich bei Bäder, Duschen, Küchen und Toiletten nicht um Feuchträume. Jedoch ergibt sich aus der VDE für Räume mit Badewanne oder Dusche, für überdachte Schwimmbäder und Schwimmbäder im Freien, für Räume und 3/13 österreichisches Patentamt AT 13 078 U1 2013-05-15

Kabinen mit Saunaheizungen die Forderung nach Fehlerstromschutzschaltern.

[0034] Seit dem 1. Juni 2007 gilt eine VDE-Norm, die bis auf wenige Ausnahmen zusätzlich auch für alle anderen Steckdosenstromkreise, die für elektrotechnische Laien zugänglich sind, bis 20A im Gebäude und bis 32A im Freien 0100-701:2008-10 (DIN VDE 0100-410:2007-06, Abschnitt 411.3.3) einen Fehlerstromschutzschalter mit einem Bemessungsdifferenzstrom von maximal 30mA fordert. Die Übergangsfrist zur Anwendung der Vorgängerausgabe ohne diese Forderung ist am 1. Februar 2009 abgelaufen.

[0035] Für Altanlagen gibt es durch den Bestandschutz keine Nachrüstpflicht. Das heißt, eine Anlage darf weiter betrieben werden, wenn die Anlage zum Zeitpunkt ihrer Errichtung den damals geltenden Normen und Richtlinien entsprochen hat. In Deutschland ist unter folgenden Umständen jedoch die Nachrüstung eines Fehlerstromschutzschalters unumgänglich: [0036] · wesentliche Änderungen an der Installation [0037] · neue Rechtsverordnungen, die eine Nachrüstung fordern, TAB beachten [0038] · abgelaufene Übergangsfristen [0039] · unmittelbare Gefahren für Personen und Sachwerte [0040] Auch in der Landwirtschaft müssen, insbesondere bei Tierhaltung, Fehlerstromschutzschalter verwendet werden. Die Reduzierung der dauernd zugelassenen Berührungsspannung auf 25 V Wechselspannung und 60 V Gleichspannung ist nach DIN VDE 0100-705, 2007-10 entfallen. In Österreich ist ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Nennfehlerstrom von max. 30 mA nach ÖVE E8001-1/A1:2002-04-01 für alle Stromkreise vorgeschrieben, in denen sich Steckdosen befinden und deren Nennstrom 16 A nicht übersteigt.

[0041] Auf Baustellen ist für alle Steckdosenstromkreise mit einem Nennstrom bis 32 A und in landwirtschaftlichen sowie gartenbaulichen Betriebsstätten (nicht in den angrenzenden Wohnhäusern), unabhängig von deren Nennstrom, ein Zusatzschutz vorzusehen.

[0042] In der Schweiz sind laut Niederspannungs-Installations-Norm (NIN) 2005 4.7.2.3.1-8 max. 30 mA vorgeschrieben für Bade- und Duschenräume, Steckdosen im Freien, feuchte und nasse Räume, korrosive Umgebungen und explosionsfähige Atmosphären, Baustellen, Messeplätze, Jahrmärkte, Festplätze, elektr. Versuchsanordnungen, (jeweils alle Steckdosen < 32 A).

[0043] 300 mA sind für Installationen in korrosiven Umgebungen, explosions- und feuergefährdeten Räumen sowie in landwirtschaftlichen Betrieben für die gesamte Installation vorgeschrieben, wobei in der Landwirtschaft alle Steckvorrichtungen mit Fehlerstromschutzschaltern 30 mA ausgerüstet sein müssen.

[0044] Ab 1. Januar 2010 trat die neue NIN 2010 in Kraft. Ab sofort muss jede frei zugängliche Steckdose < 32 A mit einem max. 30-mA-FI-Schutzschalter abgesichert sein. Ausnahmen sind zum Beispiel: Steckdosen in IT Anlagen bei denen die Betriebssicherheit wichtiger ist, der Raum mit Zutrittskontrolle kann nur von einem instruierten Personenkreis betreten werden.

[0045] In IT-Systemen muss die gesamte Niederspannungsinstallation geschützt werden. Im Neubaubereich spricht heute nichts mehr dagegen, die komplette Stromversorgung abzusichern. Es sollte allerdings genau abgewogen werden, ob es wirklich sinnvoll ist, bei Gerätedefekten alle Stromkreise und damit auch die komplette Beleuchtungsanlage einer Wohnung abzuschalten. Das kann unter Umständen hinderlich sein, so dass man die per Fehlerstromschutzschalter geschützten Stromkreise eingrenzen sollte. Bei der Nachrüstung von Altbauwohnungen kommt es oft zu Fehlauslösungen des Fehlerstromschutzschalters, deren Ursache teilweise schwer einzugrenzen ist. Oft sind falsche Verdrahtungen die Ursache, bei denen beispielsweise in Steckdosen oder Durchlauferhitzern Strom über die Schutzleiter statt über den Neutralleiter abfließt.

[0046] Abschaltungen durch Fehlerstromschutzschalter können auch durch externe Ereignisse hervorgerufen werden, beispielsweise durch Überspannungsimpulse durch Blitzschläge in Freileitungen. Das kann oft zu unangenehmen Nebenwirkungen führen, wie Abschaltungen von 4/13 österreichisches Patentamt AT 13 078 U1 2013-05-15

Heizungen oder Kühlanlagen, obwohl kein Fehler in der eigenen Anlage vorliegt. Aus diesem Grund wurden auch Schutzschalter entwickelt, die in kurzem Abstand nach dem Auslösen zwei-bis dreimal selbständig nochmals die Spannung aufschalten. Nur wenn der Fehler weiterhin auftritt, bleiben sie endgültig abgeschaltet. Diese Modelle sind vor allem für ferngesteuerte Anlagen von Interesse, wo kein Personal vor Ort ist, welches den Schutzschalter wieder einschalten könnte.

[0047] An der Vorderseite des Fehlerstromschutzschalters befindet sich eine Test-Taste, mit der der Fehlerfall simuliert werden kann. So kann die ordnungsgemäße Funktion regelmäßig überprüft werden. Durch Drücken der Taste wird von einem abgehenden Außenleiter über einen geeignet dimensionierten Widerstand mit dem Neutralleiter vor dem Fehlerstromschutzschalter verbunden und so gewollt ein Fehlerstrom erzeugt, der die Auslösestromstärke übersteigt. Wenn ein Fehlerstromschutzschalter beim Betätigen der Test-Taste ausschaltet, ist das ein Hinweis auf seine mechanisch korrekte Funktion, jedoch nicht darauf, dass die Geräte in diesem Stromkreis richtig angeschlossen und geerdet sind. Die Testtaste gibt auch keine Auskunft darüber, ob die vorgeschriebenen Auslösezeiten oder die Höhe des Auslösestroms eingehalten werden. Dazu bedarf es einer Fehlerstromschutzschalter-Prüfung nach DIN VDE 0100-600, die gern. BGV A3 (S. 12) von einer Elektrofachkraft durchzuführen ist. Hersteller empfehlen eine mindestens halbjährliche Prüfung durch den Nutzer.

[0048] Nach DIN VDE 0100 Teil 600 ist die Wirksamkeit der Schutzmaßnahme „Automatische Abschaltung der Stromversorgung" nachzuweisen. Dabei sind entsprechende Anforderungen nach DIN VDE 0100-410 einzuhalten. Mit der Differenzstrommessung ΙΔΝ kann die Funktion eines Fehlerstromschutzschalters geprüft werden. Der Messwert liegt zwischen 50 % und 100 % des Nennfehlerstroms. In der Praxis liegt der Wert bei rund 70 %.

[0049] Die maximalen Abschaltzeiten nach DIN VDE 0100-410 beträgt für Steckdosenstromkreise bis einschließlich 32 A in TN-Systemen 0,4 s (bei 230 V gegen Erde, im TT-System 0,2 s). In der Praxis liegt dieser Wert bei rund 20 ms bis 40 ms. Die Abschaltzeit für das Gerät selbst beträgt nach Baunorm (DIN EN 61008-1, VDE 0664-10) bei vollem ΙΔΝ 0,3 s, bei doppeltem ΙΔΝ 0,15 s und bei fünffachem lAN 0,04 s.

[0050] Zusätzlich werden die Berührungsspannung sowie der Erdungswiderstand gemessen, diese dürfen in der Norm vorgegebene Werte nicht überschreiten. Die Wirksamkeit der automatischen Abschaltung der Stromversorgung durch Fehlerstromschutzeinrichtungen (RCDs) muss mit geeigneten Messgeräten nach DIN EN 61557-6 (VDE0413-6) geprüft werden. Die Messwerte sind in geeigneten Prüfberichten zu dokumentieren, das kann zum Beispiel ein ZVEH-Prüfprotokoll sein.

[0051] Ein Elektrofachmann schaltet den Schalter immer mit der Prüftaste aus. Er muss zusätzlich zur Test-Taste an einem 30-mA-Fehlerstromschutzschalter einen Fehlerstrom von 50 % des Nennauslösestromes simulieren. Der Fehlerstromschutzschalter muss halten. Dann wird ein Strom in der Größe des Nennfehlerstromes simuliert und der Fehlerstromschutzschalter muss innerhalb von 0,3 s auslösen. Es sind kleine Handprüfgeräte und Installationstester auf dem Markt, welche diese Prüfung vom Außenleiter zum Schutzleiter ermöglichen. Die Auslöse-zeit wird im Sicherheitsnachweis festgehalten, bei einem 30-mA-RCD sind das in der Praxis 20 bis 30 ms. Kurzzeitverzögerte Fehlerstromschutzschalter benötigen 40 bis 100 ms.

[0052] Selektive Fehlerstromschutzschalter mit 300 mA für Brand- und Korrosionsschutz lösen bei der Impulsmethode (50 % und 100 % Fehlerstrom) etwa in 200 bis 400 ms aus, die Norm (NIN 6.1.3.9/ EN 61008-1) verlangt 130 bis 500 ms.

[0053] In der Gebäudeleittechnik werden zunehmend Installationsbus-Systeme für Wohn- und Zweckbauten verwendet. Solche Bussysteme übertragen die Mitteilungen für die Busteilnehmer über einen separaten Datenleiter D, der zusätzlich zu den Betriebsleitern L1,L2, L3 und dem Neutralleiter N vorgesehen ist. Schließt man ein Oszilloskop an Datenleiter D und Neutralleiter N der nachgeschalteten elektrischen Anlage 13, 23, 33 kann man die elektrischen Signale der übermittelten Daten („Telegramme") sichtbar machen. Die Datenübermittlung führt dazu, dass 5/13 österreichisches Patentamt AT13 078U1 2013-05-15 ein elektrischer Strom über Datenleiter D und Neutralleiter N fließt.

[0054] Wenn man nun mehrere Fehlerstromschutzschalter 11, 12 in einer elektrischen Anlage 13 des Standes der Technik - wie in Figur 1 gezeigt - einbaut, fließt immer ein Strom 15, der sogenannte "Telegrammstrom" (in Figur 1 durch Pfeile mit strichlierter Linie dargestellt) über den Datenleiter D und die Busmodule 130. Allerdings fließt der Telegrammstrom 15 nicht über die durch den Summenstromwandler der verbauten Fehlerstromschutzschalter 11, 12, sondern durch den Betriebsstrom 16 (in Figur 1 durch Pfeile mit durchgezogener Linie dargestellt) führenden Außenleiter. Dadurch kann es zu einer Fehlerauslösung der Fehlerstromschutzschalter 11,12 kommen, wenn der Telegrammstrom 15 die Fehlerstromwerte der Fehlerstromschutzschalter 11,12 übersteigt, die üblicherweise bei 30mA liegen.

[0055] Auch wenn der Telegrammstrom 15 unter der Fehlerstromgrenze der Fehlerstromschutzschalter 11,12 liegt, so liegt immer ein Fehler bei der Anlage an. Dadurch kann es zu weiteren falschen Auslösungen des Fehlerstromschutzschalters 11,12 kommen, denn in einem gewöhnlichen Fehlerfall wird der „richtige Fehlerstrom" zum Fehlerstrom, der über den Datenleiter D fließt, addiert. Aus diesem Grund löst der Fehlerstromschutzschalter 11,12 auch dann aus, wenn in Wirklichkeit ein Fehlerstrom fließt, der unter der Ausschaltschwelle des Fehlerstromschutzschalters 11,12 liegt.

[0056] Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, in solchen Installationsbus-Systemen üblicherweise für jeden Fehlerstromschutzschalter 22, 25 zusätzlich einen Trennverstärker 21, 24 in der elektrischen Anlage zu verbauen. Diese im Stand der Technik bekannte Lösung ist in Figur 2 gezeigt. Der Trennverstärker 21, 24 koppelt den Telegrammstrom 27 (durch Pfeile mit strichlierter Linie dargestellt) des Datenleiters D und Neutralleiters N vom Betriebsstrom 26 (durch Pfeile mit durchgezogener Linie dargestellt) des ersten Fehlerstromschutzschalters 22 aus und wandelt den Telegrammstrom 27 auf einen Zweiader-Bus um. Dieser Zweiader-Bus führt nun den Teigrammstrom bzw. die Telegrammspannung zu einem zweiten Trennverstärker 24 der wiederum die gleiche Aufgabe wie der erste Trennverstärker 21 ausführt. Dadurch ist die elektrische Anlage 23 samt den Busmodulen 230 hinsichtlich des Telegrammstroms 27 fehlerfrei. Die Pfeile mit punktierter Linie zeigen den zwischen den Trennverstärkern 21, 24 fließenden Telegrammstrom 28.

[0057] Mit dieser Information kann man nun zu dem der Erfindung zugrunde liegenden Problem übergehen: [0058] Die Trennverstärker 21, 24 nehmen einiges an Platz im Schaltschrank ein, der in der heutigen Zeit ohnehin sehr knapp bemessen ist, was insbesondere im Wohnbau relevant ist. Zum zweiten sind die Kosten der Trennverstärker 21, 24 (für jeden Fehlerstromschutzschalter wird ein Trennverstärker benötigt) sehr hoch und können den Preisvorteil, den solche Installationsbus-Systeme gegenüber anderen Gebäudeleittechnik-Produkten zweifelsfrei haben, sehr weit nach unten drücken bzw. ganz zunichte machen.

[0059] Ein weiteres Problem liegt in der Betriebssicherheit des Bussystems, da jeder einzelne Bauteil kaputt werden kann. Ist der Trennverstärker 21, 24 defekt, funktioniert die Telegrammübermittlung zu den anderen Bus-Teilnehmern, die über andere Fehlerstromschutzschalter mit elektrischer Energie versorgt werden nicht mehr, ohne einen sofort auffälligen Fehler zu bemerken.

[0060] Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Fehlerstromschutzschalter zur Verfügung zu stellen, der die geschilderten Probleme löst.

[0061] Dies wird durch einen Fehlerstromschutzschalter gemäß Anspruch 1 gelöst.

[0062] Durch die Führung des Datenleiters durch den Summenstromwandler kann der durch den Datenleiter fließende Telegrammstrom zum Betriebsstrom gezählt werden, sodass die Summe der Ströme in den Leitern, die durch den Summenstromwandler geführt sind, insgesamt Null ergibt, wodurch auf die im Stand der Technik verwendeten Trennverstärker verzichtet werden kann. 6/13 österreichisches Patentamt AT 13 078 U1 2013-05-15 [0063] Dadurch, dass kein Trennverstärker nötig ist, muss statt zwei Produkten nur noch ein Produkt verbaut werden. Durch den weiteren Lastabschaltkontakt des Fehlerstromschutzschalters entsteht nur ein minimaler Platzmehraufwand. Durch den fünfpoligen Fehlerstromschutzschalter entstehen minimale Mehrkosten, denn man benötigt nur noch diesen fünfpoligen Fehlerstromschutzschalter.

[0064] Darüber hinaus kann maximale Betriebssicherheit erreicht werden, da nur noch ein mechanisches Bauteil notwendig ist, das elektronisch nichts mit dem Bus-System gemein hat und auch nicht fehleranfälliger als ein herkömmlicher Fehlerstromschutzschalter ist, der sowieso benötigt wird.

[0065] Wenn Fehler auftreten und der Fehlerstromschutzschalter auslöst, merkt man sofort, dass ein Fehler am Bussystem vorliegt, da keine Versorgungsspannung mehr anliegt.

[0066] Weitere Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0067] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Folgenden näher erläutert. Darin zeigt: [0068] Fig. 1 einen Schaltplan einer elektrischen Anlage mit einen Bussystem und einem Feh lerstromschutzschalter des Standes der Technik, [0069] Fig. 2 eine Schaltplan einer verbesserten elektrischen Anlage mit Bussystem und Feh lerstromschutzschalter des Standes der Technik, [0070] Fig. 3 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen elektrischen Anlage mit einerm Bus system und Fehlerstromschutzschalter und [0071] Fig. 4 eine Detailansicht eines schematisierten Schaltplans des Fehlerstromschutz schalters [0072] Figur 3 zeigt einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen elektrischen Anlage mit einem Bussystem und zwei Fehlerstromschutzschaltern 31,32.

[0073] Die Erfindung weist einen weiteren zum Betrieb der nachgeschalteten elektrischen Anlage 33 samt Busmodulen 330 nötigen Datenleiter D auf, der in Wicklungen 414 in gleicherweise um den Kern des Summenstromwandler 42 des Fehlerstromschutzschalters 31, 32 gewickelt wird wie die Betriebsleiter L1, L2, L3 und der Neutralleiter N mit den Wicklungen 44.

[0074] Dadurch, dass der Datenleiter D ebenfalls um den Kern des Summenstromwandlers 42 gewickelt ist, hebt sich auch der Telegrammstrom 34 des Datenleiters D im Summenstromwandler 42 des Fehlerstromschutzschalters 31, 32 auf und kann dadurch zum Betriebsstrom 35 gezählt werden. Dies kann an sich bei jedem Typ von Fehlerstromschutzschalter angewandt werden.

[0075] Der Datenleiter D wird mit einem weiteren Lastabschaltkontakt 413 des Fehlerstromschutzschalters 31, 32 im Fehlerfalle von der nachgeschalteten elektrischen Anlage 33 getrennt.

[0076] Die Erfindung besteht aus einem Reiheneinbaugehäuse aus Polyvinylchlorid das eine Breite von fünf Teilungseinheiten (87,5 mm) anstatt der handelsüblichen vier Teilungseinheiten (70 mm, da eine Teilungseinheit 17,5 mm beträgt) aufweist. Dies ist notwendig um einen weiteren Anschluss 415 zusätzlich zu den vier Anschlüssen 45, die ein handelsüblicher Fehlerstromschutzschalter aufweist, unterzubringen. Das Gehäuse ist somit lediglich eine um eine Teilungseinheit verlängerte Bauform, wodurch sich eine platzsparende Variante zum Stand der Technik im Schaltschrank bietet.

[0077] Weiters ist der Kern des Summenstromwandlers 42 etwas größer ausgeführt um einen oder mehrere Leiter ein- oder zweimal durch den Summenstromwandler 42 durchführen zu können. Die Außenleiteranschlüsse 45 sind mit den Bezeichnungen 1,2,3, N-N und D-D ge- 7/13 österreichisches Patentamt AT13 078U1 2013-05-15 kennzeichnet. Die Anschlussklemmen sind in einem sogenannten Funkenfang gekapselt um elektrische Überschläge von einem auf den anderen Leiter zu unterbinden. Der Summenstromwandler 42 besteht aus einem zu einer Rolle gewickelten Trafoblech das entsprechend des Typen des Fehlerstromschutzschalters 41 ausgewählt und gewalzt wird.

[0078] Der in Figur 4 gezeigte Fehlerstromschutzschalter 41 weist einen Summenstromwandler 42 auf, bestehend aus einem ferromagnetischen Werkstoff, wobei der Summenstromwandler 42 aus verschiedenen trafoblechähnlichen Substanzen zusammengesetzt ist, wobei die Zusammensetzung je nach Anforderungsprofil des Fehlerstromschutzschalters ausgewählt ist.

[0079] Um den Kern des Summenstromwandlers 42 sind Wicklungen 44 aller Betriebsleiter L1, L2, L3 und des Neutralleiters N geführt, meist als doppelte Wicklungen. Um den Summenstromwandler 42 ist eine weitere Wicklung 43 gewickelt, deren Windungsanzahl vom Auslöse-nennstroms Un des Fehlerstromschutzschalters 41 abhängig ist. In der weiteren Wicklung 43 wird nach dem Induktionsgesetz im Fehlerfalle eine Spannung induziert. Die weitere Wicklung 43 besteht aus lackierten (Isolationslack) Kupferlitzen. Die beiden Enden der weiteren Wicklung 43 werden zur Auslöseplatine 47 geführt, die Aufgaben wie Filterung des zu ignorierenden Fehlerstroms z.B. Ableitströme von elektronischen Vorschaltgeräten von Leuchten und Frequenzumformer und Zeitverzögerungen der Auslösung erledigt.

[0080] Der Datenleiter ist in Wicklungen 414 in gleicher Weise um den Kern des Summenstromwandler 42 des Fehlerstromschutzschalters 41 gewickelt wie die Betriebsleiter L1, L2, L3 und der Neutralleiter N mit den Wicklungen 44. Dadurch hebt sich auch der Telegrammstrom des Datenleiters D im Summenstromwandler 42 des Fehlerstromschutzschalters 41 auf und kann zum Betriebsstrom gezählt werden.

[0081] Die induzierte Spannung wird zur Auslöseplatine 47 des Fehlerstromschutzschalters geleitet. Die Auslöseplatine 47 übernimmt Aufgaben wie Zeitverzögerung, Erkennung von Ableitstrom usw. Die meisten weiteren Neuentwicklungen im Bereich der Fehlerstromschutzschalter beziehen sich auf diese Platine 47, wie z.B. ein digitaler Fehlerstromschutzschalter, der Meldungen über 30 %; 50 %; 90 % des fließenden Fehlerstromes gibt.

[0082] Die vorliegende Erfindung ist unabhängig von der Auslöseplatine 47, da sie für alle erhältlichen Typen von Fehlerstromschutzschaltern angewandt werden kann.

[0083] Die Auslöseplatine 47, mittels der die induzierte Fehlerspannung in Abhängigkeit des Fehlerstromschutzschalter-Typus gefiltert und verzögert wird, ist wiederum mit dem der mechanischen Auslösespule bzw. dem Schaltschloss 48 elektrisch verbunden. Das Schaltschloss 48 besteht aus einem Rohrzylinder um den eine Wicklung gelegt ist, darin befindet sich ein Stößel der am Boden des Rohrzylinders durch eine Feder zurückgezogen wird. Der in dieser Wicklung fließende Strom, also der induzierte Fehlerstrom, erzeugt eine magnetische Wirkung, sodass das Stößel ausfährt und eine mechanische Einrichtung betätigt, die von dem Schalthebel 49 beim Einschalten vorgespannt wurde. Durch die Betätigung des Stößels wird somit die Federspannung mit Kraft entlastet und lässt die Kontaktwelle zurückschnappen und trennt die Kontakte.

[0084] Dadurch werden der schlussendlich alle Betriebsleiter L1, L2, L3 und der Neutralleiter N, sowie der Datenleiter D vom Fehlerstromschutzschalter 41 ausgeschaltet, womit die nachgeschaltete elektrische Anlage 33 allpolig vom Netz getrennt wird.

[0085] Ein Anschluss des Außenleiters 416 vor dem Summenstromwandler 42 wird über einen Taster 410 und einen Lastwiderstand 411 zu dem Neutralleiter N nach den Summenstromwandler 42 kurzgeschlossen. Somit ergibt sich ein Fehlerstrom (Nennspannung durch Lastwiderstand) der ausreicht, um den Stößel magnetisch zu erregen.

[0086] Um die mechanische Funktion des Fehlerstromschutzschalters 41 zu prüfen sind in jedem Fehlerstromschutzschalter ein Lastwiderstand 411 und ein Test-Taster 410 eingebaut. Diese Prüffunktion schließt über den Lastwiderstand 411 einen Außenleiter 416 (Abgang nach dem Summenstromwandler) mit dem Neutralleiter N (Abgang vom dem Summenstromwandler) 8/13

Claims (4)

1. österreichisches Patentamt AT13 078U1 2013-05-15 kurz. Diese Prüftastschaltung dient nur zur Funktionsüberprüfung des Fehlerstromschutzschalters 41 selbst, eine fehlerfreie Funktion der nachgeschalteten elektrischen Anlage 33 ist damit nicht automatisch gegeben. Die Prüftastschaltung hat historische Hintergründe, da bei früheren Bauarten von Fehlerstromschutzschaltern zur Schmierung des Auslösemechanismus oder auch Schaltschloss ein Fett verwendet wurde, das bei längerer Nicht-Bewegung des Auslösemechanismus oder auch Schaltschloss zur Verhärtung neigt und deshalb auch bei richtiger Fehlererkennung keine Abschaltung erfolgt. Deshalb ist auch die Anbringung einer Aufforderung zur monatlichen Betätigung der Prüftastschaltung notwendig. Ansprüche 1. Fehlerstromschutzschalter für eine elektrische Niederspannungsanlage mit einem Summenstromwandler (42), durch den die vier Leiter (L1, L2, L3, N) eines Drehstromnetzes geführt sind, wobei die Leiter (L1, L2, L3, N) mit jeweils einem Lastabschaltkontakt (412) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Leiter durch den Summenstromwandler (42) geführt ist und mit einem weiteren Lastabschaltkontakt (413) verbunden ist.
2. 2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Leiter ein Datenleiter (D) für ein Bussystem ist.
3. 3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Summenstromwandler (42) einen ferromagnetischen Kern aufweist um den die vier Leiter (L1, L2, L3, N) des Drehstromnetzes und der weitere Leiter gewickelt sind.
4. 4. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein Reiheneinbaugehäuse vorgesehen ist, welches um eine, der Anzahl an weiteren Leitungen die durch den Summenstromwandler geführt sind, entsprechende Zahl an Teilungseinheiten gegenüber den herkömmlichen vier Teilungseinheiten erhöht ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 9/13