AT507202A4

AT507202A4 - Fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: AT507202A4
Application number: AT0187208A
Authority: AT
Inventors: Rainer Meisel; Georg Dipl Ing Ritzinger
Original assignee: Moeller Gebaeudeautomation Gmb
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-03-15
Also published as: US8315023B2; US20100134222A1; AT507202B1; WO2010063043A1

Description

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31241/lh

Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es sind Fehlerstromschutzschalter bekannt, welche zur Detektion von Wechselfehlerströmen sowie zur Detektion von Gleichfehlerströmen ausgebildet sind. Derartige Fehlerstromschutzschalter weisen zwei vollständig getrennte Fehlerstromerfassungseinrichtungen auf, welche jeweils einen separaten Summenstromwandler aufweisen. Summenstromwandler stellen sowohl eine der kostenintensivsten als auch platzaufwendigsten Baugruppen innerhalb eines Fehlerstromschutzschalters dar. Zudem ist bei deren Verarbeitung höchste Sorgfalt von Nöten, da mechanische Beanspruchung des Kerns eines Summenstromwandlers dessen Funktionsweise negativ beeinflussen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, welcher einfach, kosten- und ressourcenschonend hergestellt werden kann, und welcher einen geringen Platzbedarf aufweist.

Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.

Dadurch kann ein Fehlerstromschutzschalter gebildet werden, welcher sowohl für die Detektion von Wechselfehlerströmen sowie zur Detektion von Gleichfehlerströmen ausgebildet ist, und welcher lediglich einen einzigen Summenstromwandler aufweist, bzw. kann bei einem Fehlerstromschutzschalter mit lediglich einem einzigen Summenstromwandler eine Detektion von Wechselfehlerströmen und Gleichfehlerströmen erreicht werden. Durch den Verzicht auf einen weiteren Summenstromwandler können die Kosten für einen derartigen Fehlerstromschutzschalter gering gehalten werden. Weiters benötigt ein derartiger Fehlerstromschutzschalter nicht mehr Platz als ein herkömmlicher Fehlerstromschutzschalter, welcher etwa lediglich zur Detektion von Wechselfehlerströmen ausgebildet ist.

Bei einem erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalter kann ein Schutz vor Fehlerströmen mit Frequenzen zwischen 0Hz, daher Gleichstrom, und sehr hohen Frequenzen mit lediglich einem Summenstromwandler erzielt werden. Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Detektion von Gleichfehlerströmen und Wechselfehlerströmen bei einem Fehlerstromschutzschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 15.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der vorstehend genannten Art anzugeben, mit welchem die eingangs genannten Nachteile vermieden werden können, welches einen einfachen, kosten- und ressourcenschonenden Aufbau eines Fehlerstromschutzschalter ermöglicht.

Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 15 erreicht, wodurch die vorstehend genannten Vorteile erzielt werden können.

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 beigeschlossene einzelne Figur, in welcher lediglich eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalters als schematischer Stromlau[phi]lan beispielhaft dargestellt ist, näher beschrieben.

Die einzelne Figur zeigt einen Fehlerstromschutzschalter 1 mit einem Summenstromwandler 2, wobei Leitungen Ll, L2, L3, N eines zu schützenden elektrischen Netzes durch einen Kern 3 des Summenstromwandlers 2 verlaufen, und wobei der Fehlerstromschutzschalter 1 weiters eine Auslösevorrichtung 4 sowie Trennkontakte aufweist, und die Auslösevorrichtung 4 zum Öffnen der Trennkontakte mit diesen in Wirkverbindung steht, wobei der Fehlerstromschutzschalter 1 eine erste Anordnung 5 zur Detektion von Wechselfehlerströmen und eine zweite Anordnung 6 zur Detektion von Gleichfehlerströmen aufweist, wobei die erste Anordnung 5 schaltungstechnisch mit einer ersten Sekundärwicklung 7 verbunden ist, und wobei die zweite Anordnung 6 schaltungstechnisch mit wenigstens einer zweiten Sekundärwicklung 8 verbunden ist, wobei die erste und die wenigstens eine zweite Sekundärwicklung 7,

8 auf ein und demselben Kern 3 angeordnet sind, und dass der Fehlerstromschutzschalter 1 eine Zeitschalteinrichtung 9 aufweist, welche einen vorgebbar abwechselnden Betrieb der ersten Anordnung 5 und der zweiten Anordnung 6 steuert.

Dadurch kann ein Fehlerstromschutzschalter 1 gebildet werden, welcher sowohl für die Detektion von Wechselfehlerströmen sowie zur Detektion von Gleichfehlerströmen ausgebildet ist, und welcher lediglich einen einzigen

Summenstromwandler 2 aufweist, bzw. kann bei einem Fehlerstromschutzschalter 1 mit lediglich einem einzigen Summenstromwandler 2 eine Detektion von Wechselfehlerströmen und Gleichfehlerströmen erreicht werden. Durch den Verzicht auf einen weiteren Summenstromwandler 2 können die Kosten für einen derartigen Fehlerstromschutzschalter 1 gering gehalten werden. Weiters benötigt ein derartiger Fehlerstromschutzschalter 1 nicht mehr Platz als ein herkömmlicher Fehlerstromschutzschalter 1, welcher etwa lediglich zur Detektion von Wechselfehlerströmen ausgebildet ist. Bei einem erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalter 1 kann ein Schutz vor Fehlerströmen mit Frequenzen zwischen 0Hz, daher Gleichstrom, und sehr hohen Frequenzen mit lediglich einem Summenstromwandler 2 erzielt werden.

Die einzelne Figur zeigt eine lediglich besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalters 1 als schematische Darstellung der funktionellen Baugruppen. Ein derartiger Fehlerstromschutzschalter 1 ist zum Schutz von Anlagen und Menschen vorgesehen, wobei im Falle eines auftretenden gefährlichen Fehlerstromes die an den Fehlerstromschutzschalter 1 angeschlossenen Verbraucher von einem Versorgungsnetz, umfassend etwa die Leiter Ll, L2, L3, N, welche in der Figur im Bereich des Summenstromwandlers 2 als lediglich eine Leitung dargestellt sind, getrennt werden. Der Fehlerstromschutzschalter 1 weist - nicht dargestellte - Anschlussklemmen, insbesondere Schraubanschlussklemmen, zum Anschluss der Leiter Ll, L2, L3, N eines elektrischen Versorgungsnetzes auf.

Der dargestellte schematische Stromlau[phi]lan zeigt eine Ausführungsform mit drei Aussenleitern Ll, L2, L3 und einem Neutralleiter N. Es können jedoch Ausführungsformen mit jeder vorgebbaren Anzahl an Leitungen bzw. Leitern eines elektrischen Energieversorgungsnetzes vorgesehen sein. weifte

Der Fehlerstromschutzschalter 1 / [epsilon]rrers - nicht dargestellte - Trennkontakte auf, zum vorgebbaren Auftrennen bzw. Unterbrechen der Leiter Ll, L2, L3, N. Die Trennkontakte werden von der Auslösevorrichtung 4 angesteuert, welche bevorzugt als Permanentmagnetauslöser ausgebildet ist, und stehen mit dieser wemgstens mittelbar in Wirkverbindung. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Trennkontakte durch ein - nicht dargestelltes - Schaltschloss betätigt werden, welches von der Auslösevorrichtung 4 angesteuert wird. Die beschriebenen und/oder in der Figur dargestellten Bauelemente bzw. Baugruppen sind jeweils zusammen in einem Isolierstoffgehäuse angeordnet, welches Durchbrechungen wenigstens für die Anschlussklemmen und einen manuell betätigbaren Handschalthebel zum manuellen Öffnen bzw. Schliessen der Trennkontakte aufweist.

Weiters kann vorgesehen sein, dass ein erfindungsgemässer Fehlerstromschutzschalter 1 weitere nicht dargestellte bzw. beschriebene - Baugruppen bzw. Bauteile umfasst, etwa eine Schaltstellungsanzeige, eine Auslöseanzeige und dergleichen.

Ein erfindungsgemässer Fehlerstromschutzschalter 1 weist einen einzelnen Summenstromwandler 2 zur Detektion von Gleichfehlerströmen, daher von gleichstromförmigen Fehlerströmen, sowie von Wechselfehlerströmen, daher von wechselstromförmigen Fehlerströmen, auf. Es können weitere Summenstromwandler 2 für weitere, darüber hinausgehende Aufgaben innerhalb eines erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalters 1 angeordnet sein. Der Summenstromwandler 2 weist einen Kern 3 auf, welcher bevorzugt aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist, vorzugsweise als weichmagnetischer Ringbandkern ausgebildet ist. Durch den Kern 3 des Summenstromwandlers 2 sind die Leiter Ll, L2, L3, N als Primärwicklung 29 geführt, wobei sowohl vorgesehen sein kann, dass die Leiter Ll, L2, L3, N um den Kern 3 herum gewickelt sind, oder einfach nur einmal durch diesen hindurchgeführt sind.

Auf dem einen Kern 3 sind wenigstens eine erste und eine zweite Sekundärwicklung 7, 8 angeordnet, bzw. um den Querschnitt des Kerns 3 herumgewickelt.

Die erste Sekundärwicklung 7 ist schaltungstechnisch mit einer ersten Anordnung 5 verbunden, welche zur Detektion von Wechselfehlerströmen ausgebildet ist. Die erste Anordnung 5, welche in der einzigen Figur durch einen mit dem Bezugszeichen 5 bezeichneten strichpunktierten Bereich veranschaulicht ist, umfasst eine erste Messeinheit 20, welche gemäss der dargestellten bevorzugten Ausführungsform als netzspannungsabhängige Messeinheit ausgebildet ist. Gemäss der bevorzugten Ausfiihrungsform eines erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalters 1 ist vorgesehen, dass am ersten Messeingang 21 der ersten Messeinheit 20 ein Analog/Digital- Wandler angeordnet ist, in welchem das einlangende analoge Wechselfehlerstromsignal mit einer vorgebbaren Abtastfrequenz und einer vorgebbaren Auflösung in die wert- und zeitdiskrete digitale Form überführt wird.

Dadurch ist eine weitere Bewertung des Wechselfehlerstromsignals mittels den Methoden der digitalen Signalanalyse möglich. Gemäss der dargestellten bevorzugten Ausführungsform eines Fehlerstromschutzschalters 1 ist vorgesehen, dass ein durch die erste Sekundärwicklung 7 detektiertes Wechselfehlerstromsignal in einem ersten Vorverstärker 15 verstärkt wird und ein Antialiasing Filter 22, daher ein Tie[phi]assfilter, passiert, welches zwischen dem ersten Vorverstärker 15 und dem ersten Messeingang 21 geschaltet ist. In der ersten Messeinheit 20, welche bevorzugt Teil eines MikrocontroUers 19 ist, wird das Wechselfehlerstromsignal mit * entsprechenden Vergleichs- bzw. Grenzwerten verglichen, welche auch die unterschiedliche Wirkung elektrischer Ströme mit unterschiedlichen Frequenzen berücksichtigen können.

Bei . Überschreiten eines der vorgebbaren Grenzwerte eines Wechselfehlerstromsignals, etwa eines Grenzwertes für Herzkammerflimmern beim Menschen, steuert die erste Messeinheit 20 wenigstens mittelbar die Auslösevorrichtung 4 an. Es können auch andere Ausbildungen einer derartigen ersten Anordnung 5 vorgesehen sein, wie diese etwa im Stand der Technik zahlreich beschrieben sind.

Ein erfindungsgemässer Fehlerstromschutzschalter 1 weist weiters eine zweite, Anordnung 6 zur Detektion von Gleichfehlerströmen auf, welche schaltungstechnisch mit der zweiten Sekundärwicklung 8 verbunden ist. Eine Zeitschalteinrichtung 9 steuert dabei den abwechselnden Betrieb der ersten und der zweiten Anordnung 5, 6. Daher, solange die erste Anordnung 5 in Betrieb ist, ist die zweite Anordnung 6 abgeschaltet bzw. deaktiviert, und solange die zweite Anordnung 6 in Betrieb ist, ist die erste Anordnung 5 abgeschaltet bzw. deaktiviert. Hiefür ist bevorzugt vorgesehen,^[iota]r fer schaltungstechnischen Verbindung der ersten Anordnung 5 mit der ersten Sekundärwicklung 7 ein Schalter 10 angeordnet ist, welcher von der Zeitschalteinrichtung 9 angesteuert ist.

Der Schalter 10 kann dabei schaltungstechnisch an jeder Stelle der Verbindung zwischen der ersten Sekundärwicklung 7 und dem ersten Messeingang 21 angeordnet sein. Durch Öffnen des Schalters 10 wird der Signalweg von der ersten Sekundärwicklung 7 zum ersten Messeingang 21 unterbrochen, und derart die erste Anordnung 5 deaktiviert.

Die zweite Anordnung 6, welche in der einzigen Figur durch einen mit dem Bezugszeichen 6 bezeichneten strichpunktierten Bereich veranschaulicht ist, weist eine zweite Messeinheit 14 auf, welche gemäss der dargestellten bevorzugten Ausführungsform als netzspannungsabhängige Messeinheit ausgebildet ist. Gemäss der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalters 1 ist vorgesehen, dass am zweiten Messeingang 13 der zweiten Messeinheit 14 ein Analog/Digital- Wandler angeordnet ist, in welchem das einlangende analoge Gleichfehlerstromsignal mit einer vorgebbaren Abtastfrequenz und einer vorgebbaren Auflösung in die wert- und zeitdiskrete digitale Form überführt wird. Dadurch ist eine weitere Bewertung des Gleichfehlerstromsignals mittels den Methoden der digitalen Signalanalyse möglich.

Die zweite Anordnung umfasst eine Oszillatoreinheit 11, welche schaltungstechnisch mit der zweiten Sekundärwicklung 8 verbunden ist, und welche von der Zeitschalteinrichtung 9 angesteuert ist. Durch die Ansteuerung bzw. Aktivierung der

Oszillatoreinheit 11 kann die zweite Anordnung 6 aktiviert bzw. deaktiviert werden. In der Oszillatoreinheit 11 wird bevorzugt ein vorgebbares, alternierendes, offsetfreies Signal mit einem vorgebbaren Anteil an Oberschwingungen, vorzugsweise ein Rechtecksignal oder ein Sägezahnsignal, erzeugt und dieses an die zweite Sekundärwicklung 8 übertragen. Dadurch kann eine vorgebbare nichtlineare Magnetisierung des Kerns 3 des Summenstromwandlers 2 erzielt werden. Gemäss der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das in der Oszillatoreinheit 11 erzeugte Signal vor der Ansteuerung der zweiten Sekundärwicklung 8 in einer Treiberstufe 23 verstärkt wird. Weiters ist gemäss der in der Figur dargestellten Ausführungsform ein Frequenzteiler 24 vorgesehen, welcher die Frequenz des in der Oszillatoreinheit 11 erzeugten Signals vorgebbar teilt, vorzugsweise halbiert.

Dieser Umstand wird durch die Angabe von 2f vor dem Frequenzteiler 24 und f nach diesem verdeutlicht. Dies hat Vorteile, welche an weiterer Stelle der gegenständlichen Ausführungen erläutert werden. Der weichmagnetische Kern 3 des Summenstromwandlers 2 wird durch das Signal der Oszillatoreinheit 11 periodisch in die Sättigung getrieben, wobei die Magnetisierungskennlinie eines derartigen Kernwerkstoffes nichtlinear ist.

Auf dem Kern 3 ist weiters eine dritte Sekundärwicklung 12 angeordnet, welche schaltungstechnisch mittelbar mit dem zweiten Messeingang 13 verbunden ist. Beim Auftreten eines Gleichfehlerstromes wird dem durch die zweite Sekundärwicklung 8 erzeugten alternierenden Magnetfeld ein Gleichfeld überlagert, wodurch in der dritten Sekundärwicklung 12 ein Fehlerstromsignal erzeugt wird, welches Frequenzkomponenten bei den geradzahligen Oberschwingungen des Signals der Oszillatoreinheit 11 aufweist, wobei die Amplituden der geradzahligen Oberschwingungen proportional dem Gleichfehlerstrom sind. Insbesondere kommt es hiebei zu einer Verstärkung der ersten geradzahligen Oberschwingung des Signals der Oszillatoreinheit 11, daher weist das derart detektierte Fehlerstromsignal eine stark ausgeprägte Frequenzkomponente bei 2f auf.

Es ist daher zur Bestimmung des Gleichfehlerstromes bevorzugt vorgesehen, die Amplitude des Fehlerstromsignals bei der ersten geradzahligen Oberschwingung des Signals der Oszillatoreinheit 11 zu bewerten.

Gemäss der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalters 1 ist vorgesehen, dass die dritte Sekundärwicklung 12 wenigstens mittelbar mit einem Eingang eines Synchrondetektors 16 verbunden ist, wobei vorgesehen sein kann, dass vor dem Eingang des Synchrondetektors 16 ein zweiter Vorverstärker 25 geschaltet ist, um das Fehlerstromsignal der dritten Sekundärwicklung 12 zu verstärken. Der Synchrondetektor 16 ist zur Detektion der ersten geradzahligen Oberschwingung in dem Fehlerstromsignal der dritten Sekundärwicklung 12 vorgesehen bzw. ausgebildet, weist eine schaltungstechnische Verbindung zur Oszillatoreinheit 11 auf, und wird von dieser mit dem ursprünglich generierten Signal versorgt, welches die Frequenz der zu detektierenden ersten geradzahligen Oberschwingung aufweist, da diese noch nicht den Frequenzteiler 24 passiert hat.

Es kann vorgesehen sein, dass der Ausgang des Synchrondetektors 16 unmittelbar an dem zweiten Messeingang 13 anliegt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Ausgang des Synchrondetektors 16 schaltungstechnisch mit einem Eingang einer Integriereinheit 17 verbunden ist, deren Ausgang mit dem zweiten Messeingang 13 verbunden ist. Die Integriereinheit 17 ist in der einzigen Figur durch eine Strich-Doppelpunkt-Linie veranschaulicht. Durch diese bevorzugt und wie dargestellt durch einen Operationsverstärker 26 und einen Kondensator 27 in bekannter Weise aufgebaute Integriereinheit 17 kann das während einer Periodenlänge auftretende Fehlerstromsignal, bzw. dessen erste geradzahlige Oberschwingung aufsummiert werden. Es kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Ausgang des Synchrondetektors 16 und dem Eingang der Integriereinheit 17 ein Widerstand 28 geschaltet ist.

Zur Erweiterung des Dynamikumfanges des zu detektierenden Gleichfehlerstromes ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen der dritten Sekundärwicklung 12 und dem zweiten Messeingang 13 ein Regelkreis ausgebildet ist, und dass eine Regelgrösse des Regelkreises am zweiten Messeingang 13 anliegt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Ausgang der Integriereinheit 17 mit einem Eingang eines Transkonduktanzverstärkers 18 verbunden ist, und dass ein Ausgang des Transkonduktanzverstärkers 18 wenigstens mittelbar schaltungstechnisch mit dem Eingang des Synchrondetektors 16 verbunden ist, bzw. mit dem Eingang eines gegebenenfalls vorgesehenen zweiten Vorverstärkers 25 bzw. der dritten Sekundärwicklung 12. Ein Transkonduktanzverstärker 18 wandelt das am Ausgang der Integriereinheit 17 anliegende Spannungssignal in ein Stromsignal.

Durch diesen Rückkopplungszweig kann explizit die zu detektierende erste geradzahlige Oberschwingung verstärkt werden.

Das derart ermittelte Fehlerstromsignal, welches einem auftretenden Gleichfehlerstrom proportional ist, wird in der zweiten Messeinheit 14 mit entsprechenden Vergleichs- bzw. Grenzwerten verglichen. Bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes eines Wechselfehlerstromsignals, etwa eines Grenzwertes für Herzkammerflimmern beim Menschen, steuert die zweite Messeinheit 14 wenigstens mittelbar die Auslösevorrichtung 4 an.

Die erste und die zweite Messeinheit 20, 14, sowie die Zeitschalteinrichtung 9 sind gemäss der gegenständlichen bevorzugten Ausführungsform eines Fehlerstromschutzschalter 1 wenigstens bereichsweise als Teil wenigstens eines Prozessors, insbesondere eines Mikroprozessors, oder eines wenigstens Controllers, insbesondere eines MikrocontroUers 19, implementiert, und in der einzigen Figur als symbolische strichlierte Kästchen innerhalb des MikrocontroUers 19 dargestellt, wobei auch die einzelnen Verbindungen zwischen diesen Einheiten symbolisch zur Veranschaulichung von Wirkungszusammenhängen dargestellt sind. Es kann vorgesehen sein, Teile der beschriebenen Funktionalität als logischen Hardware-Aufbau etwa in einem PLD oder einem FPGA zu implementieren, bzw. durch Steuerung der Funktionen eines Prozessors bzw. Controllers zu implementieren.

Wie bereits dargelegt, wird die Aktivierung der ersten Anordnung 5 bei gleichzeitiger Deaktivierung der zweiten Anordnung 6 für einen vorgebbaren ersten Zeitabschnitt, sowie die Aktivierung der zweiten Anordnung 6 bei gleichzeitiger Deaktivierung der ersten Anordnung 5 für einen vorgebbaren zweiten Zeitabschnitt durch die Zeitschalteinrichtung 9 gesteuert, welche bevorzugt als Zeitschaltuhr ausgebildet ist. Bevorzugt ist hiebei - wie vorstehend bereits dargelegt - vorgesehen, dass auch die Zeitschalteinrichtung 9 als Teil eines Prozessors oder Controllers ausgebildet ist. Dies ist Vorteilhaft, da ein Prozessor oder Controller üblicherweise eine sog. Systemclock aufweist, daher ein internes zeitabhängiges Steuersignal aufweist, bzw. zur Verfugung stellt, welches auch für die Ausbildung der Zeitschalteinrichtung 9 verwendet werden kann.

Die Zeitschalteinrichtung 9 ist daher zum Offenhalten des Schalters 10 im zweiten Zeitabschnitt^ und zum Geschlossenhalten des Schalters 10 im ersten Zeitabschnitt ausgebildet ist, daherraer Schalter 10 ist während des ersten Zeitabschnitts geschlossen und während des zweiten Zeitabschnitts geöffnet. Gleichzeitig bzw. gegengleich ist die Zeitschalteinrichtung 9 zum Aktivieren der Oszillatoreinheit 11 im zweiten Zeitabschnitt und - zum Deaktivieren der Oszillatoreinheit 11 im ersten Zeitabschnitt ausgebildet. Daher ist die Oszillatoreinheit 11 während des zweiten Zeitabschnitts von der Zeitschalteinrichtung aktiviert, und generiert daher ein vorgebbares Ausgangssignal, und während des ersten Zeitabschnitts deaktiviert.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass erste und zweite Zeitabschnitte jeweils unmittelbar aufeinander folgen, daher maximal durch die prozessorbedingte Laufzeitverzögerung in deren Aufeinanderfolge unterbrochen sind. Die konkreten zeitlichen Längen des ersten bzw. des zweiten Zeitabschnittes sind von den Anforderungen an die Frequenzauflösung des Fehlerstromschutzschalters 1 bzw. die Frequenzauflösung der verwendeten Analog/Digital-Wandler gegeben. Bevorzugt ist aber vorgesehen, dass der erste Zeitabschnitt zwischen 50ms und 200ms, vorzugsweise zwischen 75ms und 150ms, beträgt, und dass der zweite Zeitabschnitt zwischen 0,5ms und 2ms, vorzugsweise zwischen 0,75 und 1,5ms, beträgt.

Gemäss einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalters 1 ist etwa vorgesehen, der erste Zeitabschnitt 100ms andauert, und das Wechselfehlerstromsignal mit 200kHz abgetastet wird. Dadurch können Wechselfehlerströme mit einer Frequenz von 10Hz bis 100kHz erfasst werden. Der zweite Zeitabschnitt hingegen dauert 1ms. Dabei generiert die Oszillatoreinheiljiein Signal mit 10kHz für zehn Schwingungsperioden. Dadurch werden Fehlerströme mit einer Frequenz von 0Hz bis 10 Hz erfasst. Die Erfassung von Gleichfehlerströmen bzw. von Fehlerströmen mit sehr niedrigen Frequenzen erfolgt dabei alle 100ms. Während diesen 100ms werden Wechselfehlerströme detektiert.

Ein Verfahren zur Detektion von Gleichfehlerströmen und Wechselfehlerströmen bei einem Fehlerstromschutzschalter 1 mit lediglich einem einzigen Summenstromwandler 2 gestaltet sind daher derart, dass in einem ersten Schritt in einem ersten Zeitabschnitt lediglich Wechselfehlerströme gemessen werden, und in einem darauffolgenden zweiten Schritt in einem zweiten Zeitabschnitt lediglich Gleichfehlerströme gemessen werden, wodurch die vorstehend bereits dal[beta]rgelegten Vorteile eines erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalter erzielt werden können.

Weitere erfindungsgemässe Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination vorgesehen sein kann.

Patentansprüche:

Claims

GIB LER & POTH Pa entanwälte OEG Dorotheergasse 7 - A-1010 Wien - patent@aon.at Tel: +43 (1) 5121098 - Fax: +43 (1) 5134776 31241/lh PAT E NTAN S PRÜ C H E

1. Fehlerstromschutzschalter (1) mit einem Summenstromwandler (2), wobei Leitungen (Ll, L2, L3, N) eines zu schützenden elektrischen Netzes durch einen Kern (3) des Summenstromwandlers (2) verlaufen, und wobei der Fehlerstromschutzschalter (1) weiters eine Auslösevorrichtung (4) sowie Trennkontakte aufweist, und die Auslösevorrichtung (4) zum Öffnen der Trennkontakte mit diesen in Wirkverbindung steht, wobei der Fehlerstromschutzschalter (1) eine erste Anordnung (5) zur Detektion von Wechselfehlerströmen und eine zweite Anordnung (6) zur Detektion von Gleichfehlerströmen aufweist, wobei die erste Anordnung (5) schaltungstechnisch mit einer ersten Sekundärwicklung (7) verbunden ist, und wobei die zweite Anordnung (6) schaltungstechnisch mit wenigstens einer zweiten Sekundärwicklung (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

dass die erste und die wenigstens eine zweite Sekundärwicklung (7, 8) auf ein und demselben Kern (3) angeordnet sind, und dass der Fehlerstromschutzschalter (1) eine Zeitschalteinrichtung (9) aufweist, welche einen vorgebbar abwechselnden Betrieb der ersten Anordnung (5) und der zweiten Anordnung (6) steuert.

2. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der schaltungstechnischen Verbindung der ersten Anordnung (5) mit der ersten Sekundärwicklung (7) ein Schalter (10) angeordnet ist, welcher von der Zeitschalteinrichtung (9) angesteuert ist.

3. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anordnung (6) eine Oszillatoreinheit (11) umfasst, welche schaltungstechnisch mit der zweiten Sekundärwicklung (8) verbunden ist, zum Hervorrufen einer vorgebbar alternierenden Magnetisierung des, vorzugsweise weichmagnetischen, Kerns (3).

4. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatoreinheit (11) von der Zeitschalteinrichtung (9) angesteuert ist.

5. Fehlerstromschutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anordnung (6) weiters schaltungstechnisch mit einer dritten Sekundärwicklung (12) verbunden ist, welche auf dem Kern (3) angeordnet ist.

6. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Sekundärwicklung (12) wenigstens mittelbar schaltungstechnisch mit einem zweiten Messeingang (13) einer zweiten Messeinheit (14) verbunden ist.

7. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dritten Sekundärwicklung (12) und dem zweiten Messeingang (13) ein Regelkreis ausgebildet ist, und dass eine Regelgrösse des Regelkreises am zweiten Messeingang (13) anliegt.

8. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Sekundärwicklung (12) wenigstens mittelbar mit einem Eingang eines Synchrondetektors (16) verbunden ist, und dass ein Ausgang des Synchrondetektors (16) schaltungstechnisch mit einem Eingang einer Integriereinheit (17) verbunden ist, deren Ausgang mit dem zweiten Messeingang (13) verbunden ist.

9. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Integrieremheit (17) mit einem Eingang eines Transkonduktanzverstärkers (18) verbunden ist, und dass ein Ausgang des Transkonduktanzverstärkers (18) wenigstens mittelbar schaltungstechnisch mit der dritten Sekundärwicklung (12) verbunden ist.

10. Fehlerstromschutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitschalteinrichtung (9) als Zeitschaltuhr zur Aktivierung der ersten Anordnung (5) bei gleichzeitiger Deaktivierung der zweiten Anordnung (6) für einen vorgebbaren ersten Zeitabschnitt, und zur Aktivierung der zweiten Anordnung (6) bei gleichzeitiger Deaktivierung der ersten Anordnung (5) für einen vorgebbaren zweiten Zeitabschnitt ausgebildet ist.

11. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitabschnitt zwischen 50ms und 200ms, vorzugsweise zwischen 75ms und 150ms, beträgt, und dass der zweite Zeitabschnitt zwischen 0,5ms und 2ms, vorzugsweise zwischen 0,75 und 1,5ms, beträgt.

12. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitschalteinrichtung (9) zum Offenhalten des Schalters (10) im zweiten Zeitabschnitt und zum Geschlossenhalten des Schalters (10) im ersten Zeitabschnitt ausgebildet ist.

13. Fehlerstromschutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitschalteinrichtung (9) zum Aktivieren der Oszillatoreinheit (11) im zweiten Zeitabschnitt und zum Deaktivieren der Oszillatoreinheit (11) im ersten Zeitabschnitt ausgebildet ist.

14. Fehlerstromschutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anordnung (5) und/oder die zweite Anordnung (6) und/oder die Zeitschalteinrichtung (9) wenigstens bereichsweise als Teil wenigstens eines Prozessors, insbesondere eines Mikroprozessors, oder wenigstens eines Controllers, insbesondere eines MikrocontroUers (19), implementiert sind.

15. Verfahren zur Detektion von Gleichfehlerströmen und Wechselfehlerströmen bei einem Fehlerstromschutzschalter (1) mit lediglich einem einzigen Summenstromwandler (2), vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt in einem ersten Zeitabschnitt lediglich Wechselfehlerströme gemessen werden, und in einem darauffolgenden zweiten Schritt in einem zweiten Zeitabschnitt lediglich Gleichfehlerströme gemessen werden. <EMI ID=12.1>

Der Patentanwalt: LER & POTH

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