AT511181A2

AT511181A2 - Fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: AT511181A2
Application number: ATA203/2011A
Authority: AT
Inventors: Ronald Niehoff
Original assignee: Eaton Gmbh
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-09-15
Also published as: AT511181A3

Abstract

Bei einem Fehlerstromschutzschalter (1) mit Schaltkontakten (8) und wenigstens einem Fehlerstromdetektor (2) zur Ermittlung eines Fehlerstromsignals, wobei der Fehlerstromschutzschalter (1) dazu ausgebildet ist, bei Auftreten eines Fehlerstroms größer einem Auslösefehlerstrom das Trennen der Schaltkontakte (8) zu verursachen, wird zur Reduzierung unnötiger Netzabschaltungen vorgeschlagen, dass der Fehlerstromschutzschalter (1) eine erste Schaltungsanordnung (4) aufweist, welche ausgebildet ist, bei Auftreten eines Fehlerstromes von geringerer zeitlicher Dauer als einer halben Periodenlänge einer Netzfrequenz eines zu schützenden elektrischen Netzes, ein Auslösen des Fehlerstromschutzschalters (1) zu hemmen.

Description

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

Fehlerstromschutzschalter sind dazu vorgesehen und ausgebildet beim Auftreten eines Fehlerstromes vorgegebener Größe auszulösen und durch das Öffnen von Trennkontakten ein elektrisch nachfolgendes Teilnetz von einem vorgeschalteten Energieversorgungsnetz zu trennen, und derart Menschen vor gefährlichen Körperströmen und Anlagen vor Brand zu schützen. Fehlerstromschutzschalter, deren Auslösebedingungen lediglich von der Größe bzw. Höhe eines auftretenden Fehlerstromes abhängen, weisen jedoch den Nachteil auf, dass diese auch bei sehr kurzzeitig auftretenden Fehlerströmen größer einem Auslösefehlerstrom des betreffenden Fehlerstromschutzschalters, welche keine unmittelbare Gefahr für Menschen oder Anlagen darstellen, auslösen, wodurch nachgeschaltete technischen Anlagen unnötigerweise abgeschaltet werden. Dadurch kann es nicht nur zu Kosten aufgrund geringerer Netzverfiigbarkeit kommen, sondern auch zur Beeinträchtigung technischer Abläufe.

Eine gewisse Abhilfe hinsichtlich des vorstehend dargelegten Problems schaffen Fehlerstromschutzschalter mit sog. G-Charakteristik bzw- F-Charakteristik. Derartige Fehlerstromschutzschalter sind hinsichtlich deren Auslöseverhaltens kurzzeitverzögert und sollen erst auslösen, wenn der betreffende Fehlerstrom eine gewisse zeitliche Dauer überschreitet. Allerdings hat sich gezeigt, dass bekannte Typen derartiger Fehlerstromschutzschalter beim Auftreten von Fehlerströmen, in Form oder zeitlicher Dauer lediglich einer Halbwelle, trotzdem Auslösen, obwohl derartige Fehlerströme keinerlei Gefahr darstellen. Es kommt daher nach wie vor zu unnötigen Netzabschaltungen, wodurch technische Prozesse beeinträchtigt werden, und ein Reparatur- und Instandhaltungsaufwand verursacht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welchem die Anzahl unnötiger Netzabschaltungen und deren Folgen reduziert werden können, und die Verfügbarkeit elektrischer Energie verbessert werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. * * * ··»» * · t φ • ·· ψ »»·** φ a * f » * * * · · · I I » Φ Φ · · 1 · « f Φ Φ « 2

Dadurch können die Anzahl unnötiger Netzabschaltungen und deren Folgen reduziert werden, und die Verfügbarkeit elektrischer Energie verbessert werden. Dadurch kann sicher verhindert werden, dass beim Auftretenden eines Fehlerstromes von der zeitlichen Dauer etwa einer Halbwelle der Netzfrequenz, keine, dem betreffenden erfindungsgemäßen Fehierstromschutzschalter nachgeschaltete Teilnetze abgeschaltet werden. Dadurch können die Stabilität und der Ablauf technischer Prozesse, welche an das Vorhandensein elektrischer Energie gebunden sind, verbessert werden, wobei nach wie vor der Schutz im tatsächlich auftretenden Fehlerfall weiterhin gewährleistet ist.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Betrieb eines Fehlerstromschutzschalters gemäß Patentanspruch 13.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 13 erreicht.

Dadurch werden die vorstehend angeführten vorteilhaften Wirkungen erreicht.

Die Unteransprüche, welche ebenso wie die Patentansprüche 1 und 13 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 bevorzugte Ausfuhrungsform eines erfindungs gemäßen Fehlerstromschutzschalters als Blockschaltbild mit einer ersten Schaltungsanordnung;

Fig. 2 eine erste bevorzugte Ausfuhrungsform der ersten Schaltungsanordnung als Blockschaltbild;

Fig. 3 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der ersten

Schaltungsanordnung als Blockschaltbild,

Fig. 4 eine dritte bevorzugte Ausführungsform der ersten Schaltungsanordnung als Blockschaltbild;

Fig. 5 eine vierte bevorzugte Ausführungsform der ersten

Schaltungsanordnung als Blockschaltbild; und

Fig. 6 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der ersten

Schaltungsanordnung als Blockschaltbild.

Die Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung eines Fehlerstromschutzschalters 1 mit Schaltkontakten 8 und wenigstens einem Fehlerstromdetektor 2 zur Ermittlung eines Fehlerstromsignals, wobei der Fehlerstromschutzschalter 1 dazu ausgebildet ist, bei Auftreten eines Fehlerstroms größer einem Auslösefehlerstrom das Trennen der Schaltkontakte 8 zu verursachen, wobei der Fehlerstromschutzschalter 1 eine erste Schaltungsanordnung 4 aufweist, welche ausgebildet ist, bei Auftreten eines Fehlerstromes von geringerer zeitlicher Dauer als einer halben Periodenlänge einer Netzfrequenz eines zu schützenden elektrischen Netzes, ein Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 zu hemmen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der ersten Schaltungsanordnung 4 können die Anzahl unnötiger Netzabschaltungen und deren Folgen reduziert werden, und die Verfügbarkeit elektrischer Energie verbessert werden. Dadurch kann sicher verhindert werden, dass beim Auftretenden eines Fehlerstromes von der zeitlichen Dauer etwa einer Halbwelle der Netzfrequenz, keine, dem betreffenden erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter nachgeschaltete Teilnetze abgeschaltet werden. Dadurch können die Stabilität und der Ablauf technischer Prozesse, welche an das Vorhandensein elektrischer Energie gebunden sind, verbessert werden, wobei nach wie vor der Schutz im tatsächlich auftretenden Fehlerfall weiterhin gewährleistet ist.

Der Fehlerstromschutzschalter 1 ist eine dem Berührungsspannungsschutz dienende Schalteinrichtung, die einen elektrischen Stromkreis unterbricht, sobald ein durch Körperschluss oder anderweitigen Erdschluss hervorgerufener Fehlerstrom in vorgegebener Höhe detektiert wird.

Um den elektrischen Stromkreis zu unterbrechen, weist ein Fehlerstromschutzschalter 1 Schaltkontakte 8 auf, welche im Falle eines als gefährlich erachteten Fehlerstromes den elektrischen Stromkreis unterbrechen, indem die Schaltkontakte 8 geöffnet werden.

Der Vorgang, in dem der Fehlerstromschutzschalter 1 den elektrischen Stromkreis unterbricht, wird in Folge als das Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 bezeichnet.

Um den Fehlerstrom zu detektieren, weist ein Fehlerstromschutzschalter 1 wenigstens einen Fehlerstromdetektor 2 auf. Der Fehlerstromdetektor 2 überwacht dabei die elektrischen Leitungen 9, welche ein elektrisch nachfolgendes Teilnetz mit einem

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• · * * I i * f I f | I fl fl· fl fl« «· fl« * • «· fl «fl ·· fl« * 4 vorgeschalteten Energieversorgungsnetz verbinden. Der Fehl er Stromdetektor 2 kann unterschiedlich ausgebildet sein.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Fehlerstromdetektor 2 als Stromwandler bzw. als Summen Stromwandler auszubilden, ln anderen möglichen Ausführungsformen kann der Fehlerstromdetektor 2 als Förstersonde (englisch: fluxgate magnetometer) oder als Shuntwiderstand oder Kombinationen der oben genannten Ausfuhrungsformen ausgebildet sein.

Der Fehlerstromdetektor 2 bildet den Fehlerstrom, welcher die Differenz zwischen zufließenden und abfließenden elektrischen Strom ist, in ein Fehlerstromsignal ab.

In den Figuren sind bevorzugte Ausführungen der gegenständlichen Erfindung jeweils als Blockschaltbild dargestellt. Die Verbindungslinien zwischen den einzelnen Blöcken stellen dabei nicht zwingend nur eine einzelne elektrische Verbindung dar, sondern repräsentieren die Summe aller nötigen schaltungstechnischen Verbindungen zwischen zwei Blöcken, welche nicht zwingend nur elektrisch sein müssen.

In Fig. 1 wird eine bevorzugte technische Ausführung des Fehlerstromschutzschalters 1 als Blockschaltbild dargestellt.

Die bevorzugte Ausführungsform weist einen Fehlerstromdetektor 2 auf, welcher den Fehlerstrom in ein Fehlerstromsignal umwandelt. Der Fehlerstromdetektor 2 ist dabei bevorzugt als Summenstromwandler ausgebildet, welcher einen Wandlerkem, wenigstens eine Primärwicklung, welche in der Regel durch die Leiter des zu schützenden elektrischen Netzes gebildet sind, und wenigstens eine Sekundärwicklung umfasst. Die bevorzugte Ausführungsform weist einen Gleichrichter 3 auf, welcher das Fehlerstromsignal gleichrichtet.

In dieser bevorzugten Ausführungsform wird das Fehlerstromsignal in einem Energiespeicherbauteil 5, insbesondere wenigstens in einem Kondensator 11, kumuliert. Dadurch kann der Fehlerstromschutzschalter 1 die zum Auslösen erforderliche Energie aus dem Fehlerstromsignal beziehen.

Der Energiespeicherbauteil 5 kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform als Tiefpassfilter, bzw. als Teil eines Tiefpassfilters ausgebildet sein.

Die bevorzugte Ausführungsform weist einen Komparator 6 auf, welcher den Ladezustand des Energiespeicherbauteils 5 mit einem vorgegebenen Wert entsprechend vergleicht, welcher Wert einem Auslösefehlerstrom des betreffenden Fehlerstromschutzschalters 1 entspricht. Der Auslösefehlerstrom ist in der Regel geringer als « · « · * · · I f ff 1 «· 9 t 9 9 · 9 9 9 9 9 9 φ 9 I · * 5 ein Nennfehlerstrom eines bestimmten Typs eines Fehlerstromschutzschalters 1. So kann beispielsweise der tatsächliche Auslösefehlerstrom eines Fehlerstromschutzschalters 1 mit einem Nennfehlerstrom von 30 mA bevorzugt 75% des Nennfehlerstromes liegen, und etwa 22,5 mA betragen. Die tatsächliche Höhe bzw. Größe des Auslösefehlerstrom des Fehlerstromschutzschalters 1 kann etwa durch einen Verstärkungsfaktor des Gleichrichters 3 oder des Komparators 6 beeinflusst bzw. festgelegt werden.

Die bevorzugte Ausfuhrungsform des Fehlerstromschutzschalters 1 weist weiters einen Aktuator 7 auf. Der Eingang des Aktuators 7 ist mit dem Ausgang des Komparators 6 schaltungstechnisch verbunden. Der Aktuator betätigt die Schaltkontakte 8 und unterbricht damit den Stromkreis, wenn dieser vom Komparator 6 angesteuert wird.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Fehlerstromschutzschalter 1 eine erste Schaltungsanordnung 4 aufweist, welche ausgebildet ist, bei Auftreten eines Fehlerstromes von maximaler zeitlicher Dauer als einer halben Periodenlänge der Netzfrequenz eines zu schützenden elektrischen Netzes, ein Auslösen des

Fehlerstromschutzschalters 1 zu hemmen.

Dadurch kann eine Reduzierung der unnötigen Netzabschaltungen erreicht werden, indem zeitlich kurze, und in der Regel für den Menschen unwirksame Fehlerströme zu keiner Auslösung des betreffenden Fehlerstromschutzschalters 1 fuhren. Insbesondere treten Fehlerströme auf, welche ein singuläres Ereignis darstellen, und mit einem NnLldurchgang der Netzspannung bzw. des Netzstromes verlöschen. Besonders bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die erste Schaltungsanordnung 4 wenigstens bei Auftreten eines Fehlerstromes von maximaler zeitlicher Dauer einer halben Periodenlänge der Netzfrequenz des zu schützenden elektrischen Netzes, ein Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 hemmt.

Die halbe Periodenlänge der Netzfrequenz für die am häufigsten verwendeten Versorgungsnetze beträgt 10 ms für die z. B. in Europa verwendete Netzfrequenz von 50 Hz, 8,3 ms für die z, B. in Nordamerika verwendete Netzfrequenz von 60 Hz und 29,9 ms für das Versorgungsnetz der Eisenbahn in Mitteleuropa, welches eine Netzfrequenz von 16,7 Hz hat. Die halbe Periodenlänge der Netzfrequenz eines zu schützenden elektrischen Netzes wird in folge als die halbe Periodenlänge bezeichnet.

Der Ausdruck „von geringerer zeitlicher Dauer als einer halben Periodenlänge“ bezeichnet dabei bevorzugt Fehlerströme mit einer zeitlichen Dauer bis zur halben Periodenlänge, wobei bevorzugt der exakte Wert der halben Periodenlänge mit umfasst ist. 4 * w ♦ · ♦ * · ·· » • #· t « I · 4 · * » * • * t « * · * ► · » • ·* · I · 4 · · * · 6

Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein erfmdungsgemäßer fehlerstromschutzschalter 1 auf die genormte bzw. gesetzlich verankerte Netzfrequenz eingestellt ist. Es kann, insbesondere in Gebieten mit hoher Netzfrequenzschwankung, etwa in weniger entwickelten Gebieten, vorgesehen sein, einen erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter 1 auf eine Netzfrequenz einzustellen bzw. auszulegen, welche erfahrungsgemäß einer regional maximal auftretenden Netzfrequenz entspricht.

Die bevorzugte Ausführungsform des Fehlerstromschutzschalters 1 gemäß Fig.l weist eine solche erste Schaltungsanordnung 4 auf, welche zur Deaktivierung und/oder Unwirksammachung einer Auslöseschaltung des Fehlerstromschutzschalters 1 während einer ersten Zeitdauer ausgebildet ist.

Unter Deaktivierung und/oder Unwirksammachung einer Auslöseschaltung versteht man, dass das Trennen der Schaltkontakte 8 und die damit folgende Unterbrechung des Stromkreises des zu überwachenden elektrischen Netzes unterbunden wird. Dies kann durch mehrere unterschiedliche bevorzugte Ausführungsformen erreicht werden, welche nachfolgend dargestellt werden.

Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei der bevorzugten Ausbildung des Fehlerstromdetektors 2 als Summenstromwandler, elektrische Energie des Fehlerstromes in elektrischen Bauteilen, etwa Teilen des Summenstromwandlers 2, gespeichert sein kann, welche nach Verlöschen eines kurzzeitig auftretenden Fehlerstromes abgegeben wird. Es hat sich daher als besonders Vorteilhaft zum Erzielen der angestrebten Wirkung herausgestellt, wenn die erste Schaltungsanordnung 4 das Auslösen des Fehlerstromschutzschalters bei Auftreten eines kurzzeitigen Fehlerstromes für eine größere Zeitdauer hemmt, als die tatsächliche Dauer des Auftretens des betreffenden Fehlerstromes.

Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die erste Zeitdauer 75%, insbesondere 60%, vorzugsweise wenigstens 50%, der Periodenlänge des zu schützenden elektrischen Netzes beträgt. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz beträgt die erste Zeitdauer, während dieser die Auslösung des Fehlerstromschutzschalters gehemmt ist, insbesondere 15 ms, vorzugsweise 12 ms, und wenigstens 10ms.

Bei einem erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter 1 ist vorgesehen, dass bei Auftreten bzw. Detektieren eines kurzzeitigen Fehlerstromes, von geringerer zeitlicher Dauer als einer halben Periodenlänge des zu schützenden elektrischen Netzes, das Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 wenigstens für die Dauer des tatsächlichen Auftretens des kurzzeitigen Fehlerstromes gehemmt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, • * · ·«·* « · · · • «· » » » « * · · p · • ** 9 « V ·# * > * • · · · · « * * · * « * * « ·· h| · « · * 7 die Auslösung darüber hinaus für eine weitere Zeitspanne zu hemmen. Diese weitere Zeitspanne verhindert dabei gegebenenfalls ein verspätetes Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 aufgrund gespeicherter Energie, welche durch den kurzen Fehlerstrom verursacht wurde. Die gesamte Zeitdauer, während derer das Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 bevorzugt gehemmt ist, ist dabei bei bevorzugten Ausführungsformen - unter Vernachlässigung der Schaltzeiten der verwendeten elektrischen Bauteile - die erste Zeitdauer.

In der in Fig.l gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der Eingang der ersten Schaltungsanordnung 4 mit dem Ausgang des Gleichrichters 3 schaltungstechnisch verbunden.

In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die erste Schaltungsanordnung 4 mit dem Energiespeicherbauteil 5 schaltungstechnisch verbunden um die Auslösung des Fehlerstromschutzschalters 1 zu hemmen. Dies kann z. B. geschehen, indem die erste Schaltungsanordnung 4 den Energiespeicherbauteil 5 entlädt, bzw. ein weiteres Laden des Energiespeicherbauteils 5 verhindert.

Eine weitere mögliche nicht dargestellte Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass die erste Schaltungsanordnung 4 schaltungstechnisch mit dem Komparator 6 oder dem Aktuator 7 verbunden ist, um das Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 zu hemmen, z. B. durch eine mechanische Sperre des Auslösemechanismus.

Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Fehlerstromschutzschalter 1 derart ausgebildet, dass die erste Schaltungsanordnung 4 zum Entladen eines Energiespeicherbauteils 5 der Auslöseschaltung während der ersten Zeitdauer nach dem Detektieren eines Fehlerstromes vorgebbarer Größe, insbesondere nach dem Detektieren eines Fehlerstromes größer dem Auslösefehlerstrom, ausgebildet ist.

In der ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste Schaltungsanordnung 4 ein erstes Schaltelement 12, welches schaltungstechnisch mit dem Energiespeicherbauteil 5 verbunden ist.

Das Energiespeicherelement in der ersten bevorzugten Ausführungsform weist einen Kondensator 11 und einen elektrischen Widerstand 10 auf, welcher als Ladewiderstand für den Kondensator dient.

In der ersten bevorzugten Ausführungsform ist das erste Schaltelement 12 als Halbleiterschalter ausgebildet, besonders als Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor, da dadurch • t# · · * * * n * ι « p * » *»«#· 4 t » ein geringer Bauteilaufwand erzielt werden kann. Des weiteren ist ein Halbleiterschalter weniger fehleranfällig als ein mechanischer Schalter und ermöglicht eine leistungsarme Ansteuerung.

Die erste bevorzugte Ausführungsform weist ein Schaltelement 12 auf, welches in einem durchgeschalteten Zustand einen Ausgang des Energiespeicherbauteils 5 mit einer elektrischen Masse verbindet.

In der ersten bevorzugten Ausführungsform wird im Falle eines Fehlerstromes das erste Schaltungselement 4 den Kondensator 11 des Energiespeicherelementes 5 für die erste Zeitdauer entladen und damit ein Auslösen des Fehlerstromschutzschalters verhindern, falls der Fehlerstrom nicht länger als eine halbe Periodenlänge anhält.

Bei der zweiten bevorzugten Ausfuhrungsform gemäß Fig. 3 ist der Fehlerstromschutzschalter 1 derart ausgebildet, dass die erste Schaltungsanordnung 4 ein weiteres Aufladen eines Energiespeicherbauteils 5 der Auslöseschaltung während der ersten Zeitdauer nach dem Detektieren eines Fehlerstromes vorgebbarer Größe, insbesondere nach dem Detektieren eines Fehlerstromes größer dem Auslösefehlerstrom, verhindert.

Die zweite bevorzugte Ausfuhrungsform weist ebenfalls ein erstes Schaltelement 12 auf, welches gleich ausgebildet sein kann wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform.

Das erste Schaltelement 12 befindet sich in der zweiten bevorzugten Ausführungsform als Zweiwegschließer schaltungstechnisch vor dem Kondensator 11. In einem ersten Schaltzustand des ersten Schaltelementes 12 ist das erste Schaltelement 12 mit dem Kondensator 11 verbunden, wodurch dieser durch das Fehlerstromsignal aufgeladen werden kann. Im zweiten Schaltzustand des ersten Schaltelementes 12 löst das erste Schaltelement 12 die Verbindung mit dem Kondensator und schaltet zu einem zweiten Kontakt, welcher mit Masse verbunden ist, wodurch das Fehlerstromsignal über eine elektrische Masse abgeleitet wird.

Dadurch wird im zweiten Schaltzustand des ersten Schaltelementes 12 der Kondensator 11 nicht entladen, sondern umgangen. Dadurch wird der Kondensator 5 nicht entladen, wenn ein kurzzeitiger hoher Fehlerstrom auftritt, sondern behält seinen allfälligen Ladungszustand vor dem Auftreten des kurzfristigen Fehlerstromes bei. Das Fehlerstromsignal wird während der ersten Zeitdauer am Kondensator vorbei zur Masse abgeführt. Dadurch kann erreicht werden, dass der Fehlerstromschutzschalter weiterhin auf einen relevanten elektrischen Fehler reagiert, während ein zwischenzeitlich auftretendes • ·* »··* · * * »

* · t » · I · * · · · I ι t I v 4· v * 4· * • «* * * * · * « « 9 kurzzeitiges Fehlerstromereignis ausgeblendet wird, und keine vorzeitige und wirkungsmäßig unbegründete Auslösung verursacht.

Eine dritte bevorzugte Ausfuhrungsform der ersten Schaltungsanordnung 4 ist in Fig. 4 dargestellt.

Die erste Schaltungsanordnung 4 umfasst in dieser möglichen Ausfuhrungsform eine zweite Schaltungsanordnung 13, zum Vergleich des Fehlerstromsignals mit einem vorgebbaren Wert, welcher den Auslösefehlerstrom repräsentiert. Dieser Wert kann auch als Grenzwert bezeichnet werden. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die erste Schaltungsanordnung 4 nur bei einem Fehlerstrom höher dem Auslösefehlerstrom ausgelöst wird.

Weiters umfasst die erste Schaltungsanordnung 4 in der dritten bevorzugten Ausfuhrungsform aus Fig. 4 ein erstes Schaltelement 12, welches bevorzugt gemäß den beiden vorstehend beschriebenen ersten und/oder zweiten bevorzugten Ausführungsformen ausgebildet ist.

In der dritten bevorzugten Ausführungsform weist die erste Schaltungsanordnung 4 einen ersten Timer 14 auf, zur Ansteuerung des ersten Schaltelements 12 während der ersten Zeitdauer.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der gegenständlichen Erfindung ist vorgesehen, dass die Dauer der ersten Zeitdauer vorgebbar veränderbar ist. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die erste Zeitdauer unmittelbar an einem erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter 1 einstellbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein entsprechend ausgebildeter Fehlerstromschutzschalter 1 ein zugängliches Einstellelement aufweist, mit welchem entweder unmittelbar die erste Zeitdauer einstellbar ist, und/oder mit welchem etwa zwischen unterschiedlichen Netzfrequenzen umgeschaltet werden kann, etwa von 50 Hz auf 60 Hz. Dadurch kann der betreffende Fehlerstromschutzschalter an unterschiedliche Einsatzumgebungen angepasst werden. ES kann auch vorgesehen sein, dass ein entsprechender Fehlerstromschutzschalter 1 eine Buschschnittstelle aufweist, und die erste Zeitdauer rechnergesteuert über die Busschnittstelle einstellbar ist.

Der erste Timer 14 ist dabei als elektronische Schaltung, besonders bevorzugt umfassend Flipflops, ausgebildet. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein geringer Bauelementaufwand erzielt werden. In dieser vorgegebenen Zeitdauer gibt der erste Timer 14 ein Signal am Ausgang aus.

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In der in Fig. 4 gezeigten dritten bevorzugten Ausfuhrungsform ist der Ausgang der zweiten Schaltungsanordnung 13 mit dem Eingang des ersten Timers 14 schaltungstechnisch verbunden. Der Eingang des Timers 14 kann besonders bevorzugt flankengesteuert sein. Flankengesteuert bedeutet hier, dass der erste Timer 14 bei einer ansteigenden Flanke des Eingangssignals aktiviert wird.

Unter dem Begriff „Aktivieren“ eines ersten bzw. zweiten Timers 14, 15 ist im Sinn der gegenständlichen Erfindung bevorzugt zu verstehen, dass das Ausgangsignal des ersten Timers 14 und/oder des zweiten Timers 15 vorgebbar seinen jeweiligen Zustand ändert, insbesondere dass das Ausgangssignal von „Low“ auf „High“ gesetzt wird.

In der in Fig. 4 gezeigten dritten bevorzugten Ausfiihrungsform ist der Ausgang des ersten Timers 14 mit dem Eingang des ersten Schaltelementes 12 schaltungstechnisch verbunden. Dadurch kann erreicht werden, dass bei einem Fehlerstromsignal, welches größer als der vorgegebene Wert der zweiten Schaltungsanordnung 13 ist, der erste Timer 14 gestartet wird und für die Dauer der ersten Zeitdauer das erste Schaltungselement 12 durchgeschaltet wird. Dadurch kann ein unnötiges Auslösen des Schutzschalters verhindert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Schaltungsanordnung 4 einen zweiten Timer 15 umfasst, zur Deaktivierung des ersten Timers 14 während einer, an die erste Zeitdauer anschließenden, zweiten Zeitdauer. Dadurch kann verhindert werden, dass der erste Timer 14 bei kurz aufeinander folgenden kurzfristigen Fehlerströmen wiederholt die Auslösung des Fehlcrstromschutzschalters verhindert, da in diesem Fall das Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 wünschenswert wäre, da derartige Fehlerströme negative Wirkungen auf den Menschen ausüben können.

In Weiterführung der Erfindung kann ein Ausgang der zweiten Schaltungsanordnung 13 schaltungstechnisch mit einem Eingang des ersten Timers 14 und/oder des zweiten Timers 15 verbunden sein. Dadurch wird der erste Timer 14 und/oder der zweite Timer 15 nach dem Detektieren eines Fehlerstromsignals, welches größer ist als der vorgegebene Wert der zweiten Schaltungsanordnung 13, aktiviert.

In Weiterbildung der Erfindung kann ein Ausgang des zweiten Timers 15 schaltungstechnisch mit einem Eingang des ersten Timers 14 verbunden sein. Dadurch kann der erste Timer 14 vom zweiten Timer 15 aktiviert oder deaktiviert werden.

Zwei mögliche bevorzugte technische Ausführungsformen der ersten Schaltungsanordnung 4 sind in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt. ·* *··· * · 4 » * # · · kt« • * 9 9 m « t *4 * « · * · « « * * · 11

Dabei ist die zweite Zeitdauer größer als die erste Zeitdauer, um eine aufeinander folgende Aktivierung des ersten Timers 14 zu verhindern.

Die zweite Zeitdauer ist bevorzugt etwa so lange, wie die Auslösezeit des Fehlerstromschutzschaltcrs 1 bei Auftreten eines Fehlerstromes von der Größe bzw. Höhe des Auslösefehlerstromes. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein nachfolgend bzw. parallel zu einem kurzzeitigen bzw. singulären Fehlerstromereignes auftretender Fehlerstrom auch tatsächlich ein Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 verursachen kann, sofern ein solches sicherheitstechnisch erforderlich ist. Die konkrete Länge der zweiten Zeitdauer ist daher vom jeweiligen Nenn- bzw. Auslösefehlerstrom eines Fehlerstromschutzschalters 1 abhängig.

Der zweite Timer 15 ist dabei ebenfalls als elektronische Schaltung, besonders bevorzugt umfassend Flipflops, ausgebildet. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein geringer Bauelementaufwand erzielt werden. In dieser zweiten Zeitdauer gibt der zweite Timer 15 ein Signal mit konstantem Pegel am Ausgang aus.

Die Fig. 5 zeigt die vierte bevorzugte Ausfuhrungsform der ersten Schaltungsanordnung 4, wobei der Ausgang der zweiten Schaltungsanordnung 13 schaltungstechnisch mit dem Eingang des zweiten Timers 15 verbunden ist, dessen Ausgang wiederum schaltungstechnisch mit dem Eingang des ersten Timers 14 verbunden ist, welcher wiederum das erste Schaltelement 12 steuert. Die Eingänge des ersten Timers 14 und des zweiten Timers 15 sind dabei besonders bevorzugt flankengesteuert.

Wenn ein Fehlerstromsignal, welches größer als der vorgegebene Wert der zweiten Schaltanordnung 13 ist, am Eingang der zweiten Schaltanordnung 13 anliegt, wird der zweite Timer 15 aktiviert, welcher dann ein Signal an seinem Ausgang ausgibt. Da der erste Timer 14 mit dem Ausgang des zweiten Timers 15 schaltungstechnisch verbunden ist, wird dieser dabei aktiviert. Da der erste Timer 14 flankengesteuert ist, wird er nur bei der Aktivierung des zweiten Timers 15 aktiviert. In weiterem Zeitraum der zweiten Zeitdauer kann der erste Timer 14 nicht mehr aktiviert werden, da an seinem Eingang das konstante Signal vom zweiten Timer 2 anliegt, unabhängig davon, welche Fehlerstromsignale e intreffen.

Die Fig. 6 zeigt eine fünfte bevorzugte Ausfuhrungsform der ersten Schaltungsanordnung 4, wobei der erste Timer 14 zwei Eingänge aufweist. Der Ausgang der zweiten Schaltungsanordnung 13 ist schalttechnisch mit dem Eingang des ersten Timers 14 verbunden, welcher das erste Schaltelement 12 steuert. Der Ausgang des ersten Timers 14 ist 12 weiters mit dem invertiert flankengesteuerten Eingang des zweiten Timers 15 schaltungstechniscti verbunden, dessen Ausgang wiederum mit einem dominanten invertierten zustandsgesteuerten Eingang des ersten Timers 14 schaltungstechnisch verbunden ist.

Wenn in der fünften bevorzugten Ausführungsform ein Fehlerstromsignal, welches größer als der vorgegebene Wert der zweiten Schaltanordnung 13 ist, am Eingang der zweiten Schaltanordnung 13 anliegt, wird der erste Timer 14 aktiviert, welcher dann ein Signal an seinem Ausgang ausgibt. Am Ende der ersten Zeitdauer wird nun der zweite Timer 15 aktiviert, da dieser mit dem Ausgang des ersten Timers 14 invertiert flankengesteuert verbunden ist. Invertiert flankengesteuert bedeutet, das die Aktivierung des zweiten Timers 15 bei der abfallenden Flanke des Signals vom ersten Timer 14 erfolgt. Da der Ausgang des zweiten Timers 15 mit einem dominanten Rücksetzeingang des ersten Timers 14 schaltungstechnisch verbunden ist, unterdrückt der zweite Timer 15 eine nochmalige Aktivierung des ersten Timers 14 für die Dauer der zweiten Zeitdauer.

Eine sechste bevorzugte Ausfuhrungsform, welche als besonders vorteilhaft angesehen wird, weist die Merkmale der ersten und der vierten bevorzugten Ausführungsfonn auf, welche in der Fig. 1, der Fig. 2 und der Fig. 5 dargestellt sind.

Diese sechste bevorzugte Ausführungsform umfasst einen Fehlerstromdetektor 2, welcher den Fehlerstrom in ein Fehlerstromsignal umwandelt, einen Verstärker, welcher das Fehlerstromsignal aktiv verstärkt, einen Gleichrichter 3 zum Gleichrichten des Fehlerstromsignals, einen Energiespeicherbauteil 5, einen Komparator 6, welcher den Ladungszustand des Energiespeicherbauteils 5 mit einem vorgegebenen Wert vergleicht, einen zweiten Verstärker, welcher das Signal vom Komparator 6 verstärkt, sowie einen Aktuator 7, welcher die Schaltkontakte 8 betätigt und somit die elektrischen Leitungen 9 unterbrechen kann.

Die sechste bevorzugte Ausführungsform weist eine erste Schaltungsanordnung 4 auf, deren Eingang mit dem Ausgang des Gleichrichters 3 schaltungstechnisch verbunden ist.

Die erste Schaltungsanordnung 4 weist eine zweite Schaltungsanordnung 13 auf, deren Eingang mit dem Ausgang des Gleichrichters 3 verbunden ist und deren Ausgang schaltungstcchnisch mit dem Eingang eines zweiten Timers 15 verbunden ist, dessen Ausgang wiederum schaltungstechnisch mit dem Eingang eines ersten Timers 14 verbunden ist, • · « · ·· » m · ♦ » « * ι » · »·« · >· «··« 49 » ι » » • * · * « « « · * ♦ « ·« *« »>» · · · · · · 13 welcher wiederum das erste Schaltelement 12 steuert, welches in einem durchgeschalteten Zustand einen Ausgang des Energiespeicherbauteils 5 mit einer elektrischen Masse verbindet.

Dadurch wird verhindert, dass der Fehlerstromschutzschalter 1 bei einem Fehlerstrom, welcher kürzer als die halbe Periodenlänge ist, ausgelöst wird. Weiters verhindert der zweite Timer 15 in der ersten Schaltungsanordnung 4, dass der erste Timer 14 bei kurz aufeinander folgenden kurzfristigen Fehlerströmen wiederholt die Auslösung des F eh 1 er stromschutzschalters verhindert.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Betrieb des vorstehend beschriebenen Fehlerstromschutzschalters 1 beschrieben.

Ein auftretender Fehlerstrom in einem zu überwachenden elektrischen Netz wird vom Fehlerstromdetektor 2 detektiert, wobei der Fehlerstrom in ein Fehlerstromsignal umgewandelt wird.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Fehlerstromsignal verstärkt wird.

Weiters wird das Fehlerstromsignal noch gleichgerichtet.

In weiterer Folge wird ein Energiespeicherbauteil 5 durch das Fehlerstromsignal aufgeladen.

Nachfolgend wird der Ladungszustand des Energiespeicherbauteils 5 mit einem vorgegebenen Wert des Komparators 6 verglichen, welcher den Auslösefehlerstrom repräsentiert.

Wenn der Ladezustand der Energiespeicherschaltung 5 größer ist, als der vorgegebene Wert des Komparators 6, wird ein Aktuator 7 aktiviert, welcher die Schaltkontakte 8, über welche die elektrischen Leitungen 9 des zu überwachenden elektrischen Netzes geführt werden, betätigt, wodurch der elektrische Stromkreis unterbrochen wird.

Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Signal des Komparators 6 nachfolgend aktiv verstärkt wird.

Im Wesentlichen gleichzeitig wird das gleichgerichtete Fehlerstromsignal mit einem, einem Auslösefehlerstrom entsprechenden Vergleichswert verglichen, wobei wenn das Fehlerstromsignal größer als der Vergleichswert ist, ein Auslösen des

Fehlerstromschutzschalters 1 für die erste Zeitdauer gehemmt wird.

Dadurch kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass der Fehlerstromschutzschalter 1 im Falle eines Fehlerstromes, welcher größer als der Auslösefehlerstrom ist, aber von zeitlicher Dauer kürzer als die bzw. gleich der halben

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Periodendauer des überwachten elektrischen Netzes, und daher ungefährlich, ausgelöst wird, und damit den Stromkreis unterbricht. Dadurch kann die Anzahl unnötiger Netzabschaltungen und deren Folgen reduziert werden.

Das Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 kann auf verschiedene Arten gehemmt werden.

In der ersten bevorzugten Ausführungsform kann während der ersten Zeitdauer nach dem Detektieren eines Fehlerstromes der Energiespeicherbauteil 5 entladen werden.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform kann während der ersten Zeitdauer nach dem Detektieren eines Fehlerstromes das Fehlerstromsignal am Energiespeicherbauteil 5 vorbeigeführt werden. Dadurch kann eine Entladung des Energiespeicherbauteils 5 verhindert werden und der Energiespeicherbauteil 5 behält seinen Ladungszustand, welchen der Energiespeicherbauteil 5 vor dem Eintreffen des Fehlerstromsignals aufwies, bei.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann auch der Komparator 6 und/oder der Aktuator 7 für die erste Zeitdauer gehemmt werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Fehlerstromschutzschalters 1 wird während einer zweiten Zeitdauer nach der ersten Zeitdauer eine Hemmung der Auslösung verhindert.

Dies kann in einer Variante der Erfindung dadurch geschehen, dass während einer zweiten Zeitdauer nach der ersten Zeitdauer eine Entladung des Energiespeicherbauteils 5 verhindert wird. Dadurch kann verhindert werden, dass bei kurz aufeinander folgenden kurzfristigen Fehlerströmen ein wiederholtes Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 1 verhindert wird.

Nachfolgend wird das Verfahren zum Betrieb der als besonders vorteilhaft angesehenen sechsten Ausführungsform im Detail beschrieben.

In der sechsten bevorzugten Ausführungsform wird der Fehlerstrom von einem Fehlerstromdetektor 2 in ein Fehlerstromsignal abgebildet, das Fehlerstromsignal anschließend verstärkt und von einem Gleichrichter 3 gleichgerichtet. In weiterer Folge wird ein Energiespeicherbauteil 5 durch das Fehlerstromsignal aufgeladen und der Ladungszustand des Energiespeicherbauteils 5 mit einem vorgegebenen Wert des Komparators 6 verglichen, welcher den Auslösefehlerstrom repräsentiert.

Wenn der Ladezustand der Energiespeicherschaltung 5 größer ist, als der vorgegebene Wert des Komparators 6, wird ein Signal am Ausgang des Komparators • · * * • * ♦ * · 15 ausgegeben, welches in Folge noch verstärkt wird. Ein Aktuator 7 wird durch das verstärkte Signal des Komparators aktiviert, welcher die Schaltkontakte 8, über welche die elektrischen Leitungen 9 des zu überwachenden elektrischen Netzes geführt werden, betätigt, wodurch der elektrische Stromkreis unterbrochen wird.

Zusätzlich wird das Fehlerstromsignal vom Gleichrichter 3 in einer zweiten Schaltungsanordnung 13 mit einem vorgegebenen Wert, welcher den Auslösefehlerstrom repräsentiert, verglichen. Wenn das Fehlerstromsignal diesen vorgegebenen Wert überschreitet, wird ein zweiter Timer 15 für die Dauer einer zweiten Zeitdauer aktiviert. Ein erster Timer 14 wird von dem zweiten Timer 15 aktiviert, wobei der erste Timer 14 für die erste Zeitdauer ein Signal ausgibt. Der erste Timer 14 wird dabei nur einmal in der zweiten Zeitdauer aktiviert. Ein erstes Schaltelement 12 wird vom ersten Timer 14 während der ersten Zeitdauer betätigt, welches den Energiespeicherbauteil entlädt, da der Ausgang des Energiespeicherbauteils 5 vom ersten Schaltelement 12 mit einer elektrischen Masse verbunden wird.

Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann.

Patentansprüche:

Claims

• * * φ 16 G1BLER & ΡΟΤΗ Patentanwälte OG Dorotheergasse 7 - A-1010 Wien - patent@aon.ax Tel: +43 (1) 512 10 98 - Fax: +43 (1) 513 47 76 32494/lh PATENTANSPRÜCHE 1. Fehler Stromschutzschalter (1) mit Schaltkontakten (8) und wenigstens einem Fehlerstromdetektor (2) zur Ermittlung eines Fehlerstromsignals, wobei der Fehlerstromschutzschalter (1) dazu ausgebildet ist, bei Auftreten eines Fehlerstroms größer einem Auslösestrom das Trennen der Schaltkontakte (8) zu verursachen, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerstromschutzschalter (1) eine erste Schaltungsanordnung (4) aufweist, welche ausgebildet ist, bei Auftreten eines Fehlerstromes von geringerer zeitlicher Dauer als einer halben Periodenlänge einer Netzfrequenz eines zu schützenden elektrischen Netzes, ein Auslösen des Fehlerstromschutzschalters (1) zu hemmen.
2. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltungsanordnung (4) zur Deaktivierung und/oder Un wirksammac hung einer Auslöseschaltung des Fehlerstromschutzschalters (1) während einer ersten Zeitdauer ausgebildet ist.
3. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitdauer
4. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltungsanordnung (4) zum Entladen eines Energiespeicherbauteils (5) der Auslöseschaltung während der ersten Zeitdauer nach dem Detektieren eines Fehlerstromes vorgebbarer Größe ausgebildet ist. I * * ·*Ι» * f I t # · · · « t I t W * I I » ♦ 44 f J 4 t • · « · * * * « · 17
5. Fehlerstromschutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltungsanordnung (4) eine zweite Schaltungsanordnung (13) umfasst, zum Vergleich des Fehlerstromsignals mit einem Grenzwert.
6. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltungsanordnung (4) ein erstes Schaltelement (12), insbesondere einen Halbleiterschalter, umfasst, welches schaltungstechnisch mit dem Energiespeicherbauteil (5) verbunden ist.
7. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (12) in einem durchgeschalteten Zustand einen Ausgang des Energiespeicherbauteils (5) mit einer elektrischen Masse verbindet.
8. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltungsanordnung (4) einen ersten Timer (14) umfasst, zur Ansteuerung des ersten Schaltelements (12) während der ersten Zeitdauer.
9. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltungsanordnung (4) einen zweiten Timer (15) umfasst, zur Deaktivierung des ersten Timers (14) während einer, an die erste Zeitdauer anschließenden, zweiten Zeitdauer.
10. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer größer ist als die erste Zeitdauer.
11. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang der zweiten Schaltungsanordnung (13) schaltungstechnisch mit einem Eingang des ersten Timers (14) und/oder des zweiten Timers (15) verbunden ist.
12. Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang des zweiten Timers (15) schaltungstechnisch mit einem Eingang des ersten Timers (14) verbunden ist.
13. Verfahren zum Betrieb eines Fehlerstromschutzschalters (1), wobei ein auftretender Fehlerstrom detektiert und ein Fehlerstromsignal erzeugt wird, wobei durch das Fehlerstromsignal eine Energiespeicherschaltung (5) aufgeladen wird und im Wesentlichen gleichzeitig das Fehlerstromsignal mit einem, einem Auslösefehlerstrom entsprechenden Vergleichswert verglichen wird, wobei wenn das Fehlerstromsignal größer als der Vergleichs wert ist, ein Auslösen des Fehlerstromschutzschalters (1) für eine zeitliche Dauer als einer halben Periodenlänge einer Netzfrequenz eines zu schützenden elektrischen Netzes gehemmt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während einer ersten Zeitdauer nach dem Detektieren eines Fehlerstromes der Energiespeicherbauteil (5) entladen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass während einer zweiten Zeitdauer nach der ersten Zeitdauer eine Entladung des Energiespeicherbauteils (5) verhindert wird.

(Dr. F: Gibler oder Dr. W. Poth)