DE102004007369A1

DE102004007369A1 - Schaltungsanordnung sowie Verfahren zur Detektion eines Masseschlusses

Info

Publication number: DE102004007369A1
Application number: DE102004007369A
Authority: DE
Inventors: Michael Kessler; Steffen Graber
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-09-08

Abstract

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dient zur Detektion eines Masseschlusses eines oder einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern, welche durch eine gemeinsame Versorgungsspannungsquelle über je eine Zuleitung mit Versorgungsspannung versorgt werden. Die Zuleitungen sind vorzugsweise vom Massepotential galvanisch getrennt. In jeder Zuleitung ist je eine Spule zwischengeschaltet. Zu jedem Verbraucher ist ferner je eine Messwicklung zugehörig, welche mit der zu dem betreffenden Verbraucher zugehörigen Spule induktiv gekoppelt ist. Jede Messwicklung ist an einen Eingang eines Spannungsdetektors angeschlossen. Eine nicht galvanisch vom Massepotential getrennte Testsignalquelle gibt vorzugsweise über wenigstens einen Kondensator ein Testsignal an die Zuleitung ab, so dass durch einen Masseschluss eines der Verbraucher ein von der Testsignalquelle gespeister Signalstrom durch die zu diesem Verbraucher zugehörige Spule in Gang gesetzt wird, welcher die zu dieser Spule gehörende Messwicklung auf Grund von Induktion veranlasst, eine Signalspannung abzugeben, auf welche ein Spannungsdetektor anspricht.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungsanordnungen sowie ein Verfahren zur Detektion eines Masseschlusses eines elektrischen Verbrauchers oder einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern.

Erdschluß- oder Masseschlußwächter sind seit langem bekannt und werden beispielsweise zur Feststellung von Fehlerströmen eingesetzt. Sie besitzen oftmals den Nachteil, dass sie bei mehreren an dieselbe Stromquelle angeschlossenen Verbrauchern keine Aussage darüber ermöglichen, in welchem der Verbraucher der Erd- oder Masseschluß aufgetreten ist.

Aus der EP 1 194 740 B1 ist ein elektrischer Sensor zur Messung einer Kapazitätsänderung unter Verwendung eines Transformators mit zwei bifilar gewickelten Spulen auf einem Kern bekannt, bei welchem an den Eingang der Primärspule ein Signalgeber angeschlossen ist, der Eingang der Sekundärspule auf ein festes Potential gelegt ist und auf dem Kern des Transformators eine Tertiärspule sitzt, an welche eine Anzeige- oder Messeinrichtung angeschlossen ist.

Aus der DE 102 08 941 C1 sind ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zum Messen von Erdschlüssen in eigensicheren Stromzuführungen bekannt, wobei zur Erdschlußmessung ein Erdschlußsensor vorgesehen ist. Bei Auftreten eines Erdschlusses ändert sich das Umladeverhalten eines RC-Gliedes; aus der Änderung kann durch Vergleich mit Referenzdaten ein Erdschluß detektiert werden.

Technische Aufgabe:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Schaltungsanordnungen sowie ein Verfahren anzugeben, welche die Detektion eines Masseschlusses eines Verbrauchers auf einfache, kostengünstige Weise und dennoch mit hoher Sicherheit gegen Fehldetektion erlauben und es ermöglichen, bei mehreren angeschlossenen Verbrauchern sofort und eindeutig festzustellen, in welchem Verbraucher der Masseschluß vorliegt.

Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltungsanordnung zur Detektion eines Masseschlusses eines Verbrauchers, welcher durch eine Versorgungsspannungsquelle über eine Zuleitung mit einem Hinleiter und einem Rückleiter mit einer Versorgungsspannung versorgt wird, wobei

a) in der Zuleitung eine Spule zwischengeschaltet ist, so dass der Verbraucher mit der Spule in Serie geschaltet ist,
b) mit der Spule eine Messwicklung induktiv gekoppelt ist,
c) die Messwicklung an einen Eingang eines Spannungsdetektors angeschlossen ist,
d) eine Testsignalquelle über einen ersten und einen zweiten Pol ein Testsignal abgibt, wobei – der erste Pol mit dem Massepotential verbunden ist, so dass das Testsignal nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist – und der zweite Pol so mit der Zuleitung verbunden ist, dass durch einen Masseschluß des Verbrauchers ein von der Testsignalquelle gespeister Signalstrom durch die Spule in Gang gesetzt wird, welcher die Messwicklung auf Grund von Induktion veranlasst, eine Signalspannung abzugeben,
e) und der Spannungsdetektor auf die Signalspannung anspricht.

Die Aufgabe wird des weiteren gelöst durch eine Schaltungsanordnung zur Detektion eines Masseschlusses eines oder einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern, welche durch eine gemeinsame Versorgungsspannungsquelle über je eine Zuleitung mit je einem Hinleiter und je einem Rückleiter mit einer Versorgungsspannung versorgt werden, so dass zu jedem Verbraucher je ein Hinleiter sowie je ein Rückleiter zugehörig sind, wobei

a) alle Hinleiter miteinander verbunden sind, und ebenso alle Rückleiter miteinander verbunden sind,
b) in jeder Zuleitung je eine Spule zwischengeschaltet ist, so dass zu jedem Verbraucher je eine der Spulen zugehörig ist und jeder Verbraucher mit der zu ihm zugehörigen Spule in Serie geschaltet ist,
c) zu jedem Verbraucher ferner je eine Messwicklung zugehörig ist, welche mit der zu dem betreffenden Verbraucher zugehörigen Spule induktiv gekoppelt ist,
d) jede Messwicklung an einen Eingang eines Spannungsdetektors angeschlossen ist,
e) eine Testsignalquelle über einen ersten und einen zweiten Pol ein Testsignal abgibt, wobei – der erste Pol mit dem Massepotential verbunden ist, so dass das Testsignal nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist – und der zweite Pol so mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist, dass durch einen Masseschluß eines der Verbraucher ein von der Testsignalquelle gespeister Signalstrom durch die diesem Verbraucher vorgeschaltete Spule in Gang gesetzt wird, welcher die zu dieser Spule gehörende Messwicklung auf Grund von Induktion veranlasst, eine Signalspannung abzugeben,
f) und der Spannungsdetektor auf die Signalspannung anspricht.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Detektion eines Masseschlusses eines oder einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern, welche durch eine gemeinsame Versorgungsspannungsquelle über je eine Zuleitung mit je einem Hinleiter und je einem Rückleiter mit einer Versorgungsspannung versorgt werden, so dass zu jedem Verbraucher je ein Hinleiter sowie je ein Rückleiter zugehörig sind, wobei

a) alle Hinleiter miteinander verbunden sind, und ebenso alle Rückleiter miteinander verbunden sind,
b) in jeder Zuleitung je eine Spule zwischengeschaltet ist, so dass zu jedem Verbraucher je eine der Spulen zugehörig ist und jeder Verbraucher mit der zu ihm zugehörigen Spule in Serie geschaltet ist,
c) zu jedem Verbraucher ferner je eine Messwicklung zugehörig ist, welche mit der zu dem betreffenden Verbraucher zugehörigen Spule induktiv gekoppelt ist,
d) jede Messwicklung an einen Eingang eines Spannungsdetektors angeschlossen ist,
e) eine Testsignalquelle verwendet wird, welche über einen ersten und einen zweiten Pol ein Testsignal abgibt, wobei – der erste Pol mit dem Massepotential verbunden ist, so dass das Testsignal nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist – und der zweite Pol so mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist, dass durch einen Masseschluß eines der Verbraucher ein von der Testsignalquelle gespeister Signalstrom durch die diesem Verbraucher vorgeschaltete Spule in Gang gesetzt wird, welcher die zu dieser Spule gehörende Messwicklung auf Grund von Induktion veranlasst, eine Signalspannung abzugeben,
f) und als Spannungsdetektor ein solcher verwendet wird, welcher auf die Signalspannung anspricht.

Auf diese Weise bildet jeder Verbraucher zusammen mit der zu ihm jeweils zugehörigen Spule je eine Baugruppe, wobei vorzugsweise alle diese Baugruppen zueinander parallel an die Spannungsversorgungsquelle Q angeschlossen sind. Die Spannungsversorgungsquelle kann z.B. ein alle Verbraucher zugleich versorgendes gemeinsames Netzteil sein.

Das Massepotential kann selbstverständlich das Erdpotential sein; in diesem Fall ist der Masseschluß ein Erdschluß. Die Erfindung ist daher insbesondere auch zur Detektion eines Erdschlusses verwendbar. Das Testsignal kann eine Testspannung oder ein Teststrom sein, d.h., die Testsignalquelle kann eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle sein.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Hinleiter sowie als Rückleiter jeweils solche verwendet, welche vom Massepotential galvanisch getrennt sind, so dass das Potential der Versorgungsspannung vom Massepotential galvanisch getrennt ist, wobei der zweite Pol der Testsignalquelle kapazitiv mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung sind daher der Hinleiter bzw. die Hinleiter und der Rückleiter bzw. die Rückleiter vom Massepotential galvanisch getrennt, so dass das Potential der Versorgungsspannung vom Massepotential galvanisch getrennt ist, wobei der zweite Pol kapazitiv mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist.

Eine galvanische Trennung der Zuleitung (Hinleiter und Rückleiter) vom Massepotential ist in der Praxis z.B. immer dann erforderlich, wenn der bzw. die Verbraucher galvanisch vom Massepotential getrennt sein müssen, beispielsweise aus Sicherheitsgründen. Da in diesem Fall die Versorgungsspannung vom Massepotential galvanisch getrennt ist, erhöht sich der Strom, welchen die Versorgungsspannungsquelle abgibt, bei einem Masseschluß des Verbrauchers nicht. Der Masseschluß kann in diesen Fällen nicht durch Überwachung dieses Stromes festgestellt werden, so dass die Erfindung insbesondere in diesen Fällen große Vorteile mit sich bringt.

Als Spannungsdetektor kann insbesondere ein solcher verwendet werden, welcher mindestens so viele separate Eingänge aufweist wie Verbraucher vorhanden sind und imstande ist zu registrieren, an welchem der separaten Eingänge eine Signalspannung anliegt, wobei die Messwicklungen an je einen separaten Eingang des Spannungsdetektors angeschlossen sind, so dass der Detektor imstande ist zu registrieren, welcher der Verbraucher von einem Masseschluß betroffen ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist daher der Spannungsdetektor mindestens so viele separate Eingänge auf wie Verbraucher vorhanden sind, wobei die Messwicklungen an je einen separaten Eingang des Spannungsdetektors angeschlossen sind, wobei dieser imstande ist zu registrieren, an welchem der separaten Eingänge eine Signalspannung anliegt, so dass der Detektor imstande ist zu registrieren, welcher der Verbraucher von einem Masseschluß betroffen ist.

Als Testsignal kann entweder eine Gleichspannung verwendet werden, so dass der Signalstrom ein Verschiebestrom ist, welcher bei Entstehung des Masseschlusses in Gang gesetzt wird, oder eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung verwendet werden, so dass der Signalstrom ein Wechselstrom und die Signalspannung eine Wechselspannung ist. Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist daher das Testsignal eine Gleichspannung, so dass der Signalstrom ein Verschiebestrom ist, welcher bei Entstehung des Masseschlusses in Gang gesetzt wird; gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Testsignal eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung, so dass der Signalstrom ein Wechselstrom und die Signalspannung eine Wechselspannung ist.

Insbesondere kann hierbei als Testsignal eine rechteckförmig oder eine trapezförmig oder eine sägezahnförmig oder eine dreieckförmig oder eine sinusförmig verlaufende Spannung verwendet werden. Das Testsignal kann daher eine rechteckförmig oder eine trapezförmig oder eine sägezahnförmig oder eine dreieckförmig oder eine sinusförmig verlaufende Spannung sein.

Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Frequenz des Testsignals zeitlich variiert, insbesondere gewobbelt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist daher die Frequenz des Testsignals zeitlich veränderlich.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Variante wird mindestens eine Zusatzspule verwendet, welche mit einem der Verbraucher zusätzlich in Serie geschaltet ist und mit der jeweils zu diesem Verbraucher zugehörigen Messwicklung ebenfalls induktiv gekoppelt ist, wobei entweder die zu diesem Verbraucher zugehörige Spule in dem zu dem Verbraucher zugehörigen Hinleiter zwischengeschaltet ist und die Zusatzspule in dem zu diesem Verbraucher zugehörigen Rückleiter zwischengeschaltet ist oder umgekehrt, so dass diesem Verbraucher die zu ihm zugehörige Spule in Serie vorgeschaltet und die zu ihm zugehörige Zusatzspule in Serie nachgeschaltet ist oder umgekehrt.

Daher ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit mindestens einem der Verbraucher zusätzlich eine Zusatzspule in Serie geschaltet, welche mit der jeweils zu diesem Verbraucher zugehörigen Messwicklung ebenfalls induktiv gekoppelt ist, wobei entweder die zu diesem Verbraucher zugehörige Spule in dem zu dem Verbraucher zugehörigen Hinleiter zwischengeschaltet ist und die Zusatzspule in dem zu diesem Verbraucher zugehörigen Rückleiter zwischengeschaltet ist oder umgekehrt, so dass diesem Verbraucher die zu ihm zugehörige Spule in Serie vorgeschaltet und die zu ihm zugehörige Zusatzspule in Serie nachgeschaltet ist oder umgekehrt.

Bei Verwendung eines Spannungsdetektors, welcher mindestens so viele separate Eingänge aufweist auf wie Verbraucher vorhanden sind, wobei die Messwicklungen an je einen separaten Eingang des Spannungsdetektors angeschlossen sind, ist dieser bevorzugt imstande, zu registrieren, an welchem der separaten Eingänge eine Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anliegt, anstatt imstande zu sein zu registrieren, an welchem der separaten Eingänge allein eine Signalspannung anliegt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hierbei eine zu dem Verbraucher zugehörige stromkompensierte Drossel verwendet, deren eine Wicklung durch die zu diesem Verbraucher zugehörigen Spule und deren andere Wicklung durch die zu diesem Verbraucher zugehörige Zusatzspule gebildet ist, so dass als zu diesem Verbraucher zugehörige Spule und als zu diesem Verbraucher zugehörige Zusatzspule je eine Wicklung der stromkompensierten Drossel verwendet wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist daher zu dem Verbraucher eine stromkompensierte Drossel zugehörig, deren eine Wicklung durch die zu diesem Verbraucher zugehörigen Spule und deren andere Wicklung durch die zu diesem Verbraucher zugehörige Zusatzspule gebildet ist, so dass die zu diesem Verbraucher zugehörige Spule und die zu diesem Verbraucher zugehörige Zusatzspule durch die Wicklungen der stromkompensierten Drossel gebildet sind.

Die zu einem Verbraucher gehörende Spule und die zu diesem Verbraucher gehörende Zusatzspule sind gemäß dieser Variante also vorteilhaft durch je eine Wicklung ein- und derselben stromkompensierten Drossel gebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch den Versorgungsstrom bzw. durch Änderungen des Versorgungsstroms, welcher aus der Versorgungsspannungsquelle stammt und zur Versorgung des Verbrauchers durch die Zuleitung und somit auch durch die Spule und die Zusatzspule fließt, praktisch keine Spannung in die Messwicklung induziert wird, da sich die Magnetfelder der Spule und der Zusatzspule näherungsweise neutralisieren (entsprechende Polung der Spulen selbstverständlich vorausgesetzt). Durch den Versorgungsstrom wird somit in erster Näherung keine Spannung in die Messwicklung induziert, so dass diese im wesentlichen nur die Summe von Signalspannung und Zusatzsignalspannung abgibt.

Die Schaltungsanordnung ist gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung gegenüber Schwankungen des Versorgungsstroms relativ unempfindlich. Der Spannungsdetektor kann daher so eingerichtet sein, dass er auf an seinem Eingang anliegende Spannungen unterhalb einer bestimmten Größe nicht anspricht, und braucht darüber hinaus nicht imstande zu sein, die Signalspannung von solchen Spannungen, welcher durch Schwankungen oder Änderungen des Versorgungsstroms in die Messwicklung induziert werden, zu unterscheiden. In diesem Fall kann die Erfindung prinzipiell auch dann eingesetzt werden, wenn die Versorgungsspannung eine Wechselspannung ist, ohne dass es zu Störungen bei der erfindungsgemäßen Detektion von Masseschlüssen kommt.

Als stromkompensierte Drossel kann insbesondere eine solche verwendet werden, welche einen Kern aufweist, auf welchem die Spule, die Zusatzspule sowie die Messwicklung angeordnet sind. Die stromkompensierte Drossel kann daher insbesondere einen Kern aufweisen, auf welchem die Spule, die Zusatzspule sowie darüber hinaus auch die Messwicklung angeordnet sind. Der Kern besteht selbstverständlich vorzugsweise aus ferromagnetischem Material.

Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Testsignal über den zweiten Pol der Testsignalquelle und einen ersten Kondensator dem Hinleiter und zugleich über einen zweiten Kondensator dem Rückleiter zugeführt, so dass durch einen Masseschluß eines der Verbraucher zusätzlich zu dem Signalstrom, welcher durch die zu dem Verbraucher zugehörige Spule in Gang gesetzt wird, ein ebenfalls von der Testsignalquelle gespeister Zusatzsignalstrom durch die zu dem Verbraucher zugehörige Zusatzspule in Gang gesetzt wird, wobei der Zusatzsignalstrom die Messwicklung auf Grund von Induktion veranlasst, zusätzlich zu der Signalspannung eine sich dieser überlagernde Zusatzsignalspannung abzugeben, und wobei als Spannungsdetektor ein solcher verwendet wird, welcher auf die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anspricht, anstatt allein auf die Signalspannung anzusprechen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher der zweite Pol der Testsignalquelle über einen ersten Kondensator mit dem Hinleiter kapazitiv verbunden und zugleich über einen zweiten Kondensator mit dem Rückleiter kapazitiv verbunden, so dass durch einen Masseschluß eines der Verbraucher zusätzlich zu dem Signalstrom, welcher durch die zu dem Verbraucher zugehörige Spule in Gang gesetzt wird, ein ebenfalls von der Testsignalquelle gespeister Zusatzsignalstrom durch die zu dem Verbraucher zugehörige Zusatzspule in Gang gesetzt wird, wobei der Zusatzsignalstrom die Messwicklung auf Grund von Induktion veranlasst, zusätzlich zu der Signalspannung eine sich dieser überlagernde Zusatzsignalspannung abzugeben, und wobei der Spannungsdetektor auf die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anspricht, anstatt allein auf die Signalspannung anzusprechen.

Der Detektor kann ein solcher sein, welcher ausschließlich auf die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anzusprechen imstande ist. Gemäß einer anderen Variante ist der Detektor ein solcher, welcher sowohl auf die Signalspannung bzw. die Zusatzsignalspannung als auch auf die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anzusprechen imstande ist.

Gemäß einer bevorzugten Variante des Verfahrens werden die Signalspannung oder die Summe aus Signalspannung und Zusatzspannung mit einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten integriert, wobei und als Spannungsdetektor ein solcher verwendet wird, welcher auf das Integrationssignal anspricht, anstatt auf die Signalspannung oder die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anzusprechen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfasst der Spannungsdetektor daher einen Integrator, oder es ist dem Spannungsdetektor ein Integrator vorgeschaltet, wobei der Integrator die Signalspannung oder die Summe aus Signalspannung und Zusatzspannung mit einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zu integrieren und als Integrationssignal an den Spannungsdetektor abzugeben imstande ist, und wobei und der Spannungsdetektor auf das Integrationssignal anspricht, anstatt auf die Signalspannung oder die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anzusprechen.

Durch die Integration kann z.B. im Fall der oben erläuterten Verwendung einer stromkompensierten Drossel deren differenzierende Wirkung auf die Signalspannung oder die Summe aus Signalspannung und Zusatzspannung vermindert oder neutralisiert werden. Ferner können durch die Integration Spannungsspitzen, die auf Grund von Leitungs- und Kabelkapazitäten bei jeder Flanke z.B. eines Recht-Testsignals auftreten, weitgehend unterdrückt werden, wodurch die Gefahr eines Fehl-Ansprechens des Detektors vermindert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung einen integrierten Schaltbaustein, insbesondere Microcontroller oder Microprozessor, welcher sowohl als Testsignalquelle als auch als Detektor zu fungieren imstande ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich zu der Testsignalquelle mindestens eine mit der Testsignalquelle synchron arbeitende Hilfs-Testsignalquelle vorhanden, welche über einen ersten und einen zweiten Hilfs-Pol ein Hilfs-Testsignal abgibt, wobei der erste Hilfs-Pol mit dem Massepotential verbunden ist, so dass auch das Hilfs-Testsignal, ebenso wie das Testsignal, nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist, wobei der zweite Hilfs-Pol, ebenso wie der zweite Pol der Testsignalquelle, kapazitiv mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist, und das Hilfs-Testsignal mit dem Testsignal identisch ist oder zu demselben proportional ist, so dass der Signalstrom und der Zusatz-Signalstrom, anstatt allein durch die Testspannungsquelle gespeist zu werden, durch die Testspannungsquelle und die Hilfs-Testsignalquelle bzw. durch die Testspannungsquelle und die Hilfs-Testsignalquellen gemeinsam gespeist werden.

Diese Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn viele Verbraucher zugleich auf Masse- bzw. Erdschluß überwacht werden sollen und das Testsignal z.B. ein Rechteck- oder Trapezsignal ist, da in diesem Fall die Flankensteilheit des Rechteck- oder Trapez-Testsignals auf Grund von hohen Leiterkapazitäten vermindert sein kann. Diesem Effekt lässt sich durch die oben erläuterte Verwendung einer oder mehrerer Hilfs-Testsignalquellen entgegenwirken. Ferner lässt sich durch die Verwendung derartiger Hilfs-Testsignalquellen eine gleichmäßigere Verteilung der Einkopplung des Testsignals erreichen, was sich insbesondere dann vorteilhaft auswirkt, wenn zwei oder mehrere Verbraucher zugleich von einem Masseschluß betroffen sind.

Die Testsignalquelle und die Hilfs-Testsignalquelle können zum Zweck der Synchronisierung beide durch einen gemeinsamen Taktgeber getaktet oder gesteuert werden. Eine andere Möglichkeit zur Synchronisierung besteht darin, dass die Testsignalquelle und die Hilfs-Testsignalquelle durch eine Leitung miteinander verbunden sind, über welche ein Taktsignal übertragen wird, wobei die Testsignalquelle als Master und die Hilfs-Testsignalquelle als Slave fungiert.

Im Bedarfsfall können selbstverständlich weitere mit der Testsignalquelle synchronisierte Hilfs-Testsignalquellen eingesetzt werden.

Gemäß einer alternativen Variante der Erfindung wird anstelle des Spannungsdetektors ein Impedanzsensor verwendet, wobei mindestens eine der Messwicklungen, anstatt an einen Eingang des Spannungsdetektors angeschlossen zu sein, an den Impedanzsensor angeschlossen ist, welcher imstande ist, auf eine durch einen Masseschluß des zu dieser Messwicklung zugehörigen Verbrauchers hervorgerufene Änderung der Impedanz dieser Messwicklung anzusprechen, so dass diese Änderung zur Detektion des Masseschlusses ausgenutzt wird.

Daher ist gemäß einer Ausführungsform mindestens eine der Messwicklungen, anstatt an einen Eingang des Spannungsdetektors angeschlossen zu sein, an einen Impedanzsensor angeschlossen, welcher imstande ist, auf eine durch einen Masseschluß des zu dieser Messwicklung zugehörigen Verbrauchers hervorgerufene Änderung der Impedanz dieser Messwicklung anzusprechen.

Diese Ausführungsform ist prinzipiell auch dann einsetzbar, wenn keine Zusatzspule vorhanden ist.

Gemäß einer bevorzugten Untervariante wird als zu dem Verbraucher zugehörige Spule eine solche verwendet und als zu dem Verbraucher zugehörige Zusatzspule eine solche verwendet, deren Induktivität jeweils so gewählt ist, dass die Magnetisierung des Kerns nicht gesättigt ist, wenn der Verbraucher keinen Masseschluß aufweist, und gesättigt ist, wenn der Verbraucher einen Masseschluß aufweist.

Gemäß einer verfeinerten Ausführungsform ist daher die Induktivität der zu dem Verbraucher zugehörigen Spule und der zu dem Verbraucher zugehörigen Zusatzspule so gewählt, dass die Magnetisierung des Kerns nicht gesättigt ist, wenn der Verbraucher keinen Masseschluß aufweist, und gesättigt ist, wenn der Verbraucher einen Masseschluß aufweist.

Diese verfeinerte Ausführungsform nutzt vorteilhaft den Effekt aus, dass die Impedanz der Messwicklung bei Sättigung der Magnetisierung des Kerns stark abnimmt, da in diesem Fall magnetische Feldlinien aus dem Kern verdrängt werden. Daher lässt sich mit Hilfe dieser verfeinerten Ausführungsform ein Masse- oder Erdschluß des betreffenden Verbrauchers mit großer Empfindlichkeit feststellen.

Als Spannungsdetektor kann insbesondere ein solcher verwendet werden, welcher auf an seinem Eingang anliegende Spannungen unterhalb eines bestimmten Betrages nicht anspricht. Ebenso kann als Impedanzsensor ein solcher gewählt werden, welcher auf Impedanzänderungen unterhalb eines bestimmten Betrages nicht anspricht. Auf diese Weise können Fehlauslösungen des Spannungsdetektors bzw. des Impedanzsensors z.B. durch Störungen, Einstreuung oder Hintergrund-Rauschen unterdrückt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist daher der Spannungsdetektor auf an seinem Eingang anliegende Spannungen unterhalb eines bestimmten Betrages nicht anzusprechen imstande, bzw. der Impedanzsensor auf Impedanzänderungen unterhalb eines bestimmten Betrages nicht anzusprechen imstande. Auf diese Weise kann z.B. ein Hintergrund-Rauschen diskriminiert werden.

Gemäß einer weiteren alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anstelle der Messwicklung eine Hall-Sonde verwendet, welche im Magnetfeld des Kerns angeordnet ist, und anstelle des Spannungsdetektors ein Widerstandssensor verwendet, welcher imstande ist, anzusprechen und ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, wenn der Widerstand der Hall-Sonde größer ist als ein bestimmter vorgebbarer Grenzwert, oder imstande ist, anzusprechen und ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, wenn der Widerstand der Hall-Sonde kleiner ist als ein bestimmter vorgebbarer Grenzwert.

Gemäß dieser Variante wird also ein Masse- oder Erdschluß des zugehörigen Verbrauchers nicht induktiv über eine Messwicklung erfasst, sondern das Magnetfeld des Kerns wird direkt gemessen und eine durch den Signalstrom (bzw. die Summe aus Signalstrom und Zusatzsignalstrom) hervorgerufene Änderung dieses Magnetfeldes detektiert.

Die Messwicklung ist daher gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch eine Hall-Sonde ersetzt, welche im Magnetfeld des Kerns angeordnet ist, und der Spannungsdetektor durch einen Widerstandssensor ersetzt, welcher imstande ist, anzusprechen und ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, wenn der Widerstand der Hall-Sonde größer ist als ein bestimmter vorgebbarer Grenzwert, oder imstande ist, anzusprechen und ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, wenn der Widerstand der Hall-Sonde kleiner ist als ein bestimmter vorgebbarer Grenzwert.

Als Spannungsdetektor oder der Impedanzsensor oder der Widerstandssensor wird vorzugsweise ein solcher verwendet, welcher bei einem Ansprechen desselben ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal oder ein Binärsignal abgibt.

Bevorzugt ist der Spannungsdetektor oder der Impedanzsensor oder der Widerstandssensor daher imstande, bei einem Ansprechen desselben ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal oder Binärsignal abzugeben. Dieses kann z.B. dazu verwendet werden, ein eine optische Anzeige oder eine akustische Signaleinrichtung auszulösen, oder zum Zweck der Auswertung über eine Leitung oder einen Bus einer Auswerteeinrichtung oder einer EDV-Einrichtung zugeführt werden. Die optische Anzeige kann z.B. eine Leuchtdiode oder bei computergestützten Systemen z.B. ein Bildschirm sein.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Testsignal ein solches verwendet, welches aus Impulsen besteht oder Impulse enthält, und mittels einer Koinzidenzschaltung festgestellt, ob Koinzidenz zwischen dem Ansprechen des Spannungsdetektors bzw. des Impedanzsensors bzw. des Widerstandssensors und einem Impuls des Testsignals vorliegt, wobei die Abgabe des elektrischen Schaltsignals oder Warnsignals oder Zählersignals oder Binärsignals so lange unterdrückt wird, bis eine bestimmte Anzahl n von derartigen Koinzidenzen festgestellt worden ist, wobei n eine natürliche Zahl größer als Null ist. Zur Feststellung der Koinzidenz können z.B. eine oder beide Flanken des Impulses herangezogen werden.

Hierdurch ist eine weitere Möglichkeit gegeben, Fehlauslösungen des Spannungsdetektors bzw. des Impedanzsensors z.B. durch Störungen, Einstreuung oder Hintergrund-Rauschen zu verhindern. Diese Variante kann sehr vorteilhaft mit einer veränderlichen, z.B. gewobbelten Frequenz des Testsignals kombiniert werden. In diesem Fall sind periodische Störungen als Quelle von Fehlauslösungen weitgehend ausgeschlossen.

Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Testsignal ebenfalls ein solches verwendet wird, welches aus Impulsen besteht oder Impulse enthält, und mittels einer Koinzidenzschaltung festgestellt, ob Koinzidenz zwischen dem Ansprechen des Spannungsdetektors bzw. des Impedanzsensors bzw. des Widerstandssensors und einem Impuls des Testsignals vorliegt, wobei die Abgabe des elektrischen Schaltsignals oder Warnsignals oder Zählersignals oder Binärsignals unterdrückt wird, sofern in einer vorgegebenen Zeitspanne nicht mindestens eine bestimmte Anzahl n von derartigen Koinzidenzen festgestellt worden ist, wobei n eine natürliche Zahl größer als Null ist. Auf diese Weise kann zuverlässig verhindert werden, dass auf Grund vereinzelter zufälliger oder systematischer Störungen die Zahl n allmählich hochgezählt wird und schließlich zu einer Fehlauslösung der erfindungsgemäßen Masseschlußüberwachung führt.

Gemäß einer nochmals anderen sehr vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Testsignal ein solches verwendet, welches aus Impulsen besteht oder Impulse enthält, wobei die Zeitpunkte des Auftretens der Impulse des Testsignals und die Zeitpunkte des Ansprechens des Spannungsdetektors bzw. des Impedanzsensors bzw. des Widerstandssensors miteinander korreliert werden und ein Korrelationskoeffizient der Korrelation zwischen diesen Zeitpunkten bestimmt wird, und die Abgabe des elektrischen Schaltsignals oder Warnsignals oder Zählersignals oder Binärsignals unterdrückt wird, solange der Betrag des Korrelationskoeffizienten einen bestimmten vorgebbaren Schwellenwert nicht übersteigt.

Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens eine der Spulen und/oder wenigstens eine der Zusatzspulen mit einem Widerstand parallelgeschaltet, welcher die Schwingneigung der Spule bzw. der Zusatzspule vermindert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Spannungsbegrenzerschaltung auf, welche den Betrag der Signalspannung oder der Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung auf einen bestimmten Maximalwert zu begrenzen imstande ist.

Gemäß einer anderen Variante der Erfindung wird das Testsignal der Zuleitung bzw. den Zuleitungen über den wenigstens einen Widerstand zugeführt, so dass die Zuleitung bzw. die Zuleitungen nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist bzw. getrennt sind.

Daher ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der zweite Pol der Testsignalquelle über wenigstens einen Widerstand mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden, so dass diese nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist bzw. getrennt sind. Insbesondere können der Hinleiter und der Rückleiter über je einen Widerstand mit dem zweiten Pol verbunden sein, bzw. es können die Hinleiter über einen ersten Widerstand und die Rückleiter über einen zweiten Widerstand jeweils mit dem zweiten Pol verbunden sein.

Hierbei kann der zweite Pol, anstatt kapazitiv mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden zu sein, über den Widerstand mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden sein, oder er kann zusätzlich zu der kapazitiven Verbindung über den Widerstand mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden sein. Vorzugsweise wird der Widerstand bzw. die Widerstände so hochohmig gewählt, dass die durch diesen bzw. durch diese bewirkte galvanische Kopplung der Zuleitung bzw. den Zuleitungen und dem Massepotential nur gering ist.

Mit Hilfe der Erfindung kann z.B. in einem System mit mehreren Busabgängen mit gemeinsamer Versorgungsspannung festgestellt werden, ob in einem Bussegment und ggf. in welchem Bussegment ein Masse- bzw. Erdschluß vorliegt.

Hierzu wird auf die Zuleitung, und zwar entweder auf deren Hinleiter oder deren Rückleiter oder auf beide, zusätzlich zur Versorgungsspannung ein Testsignal aufgegeben, welches vorzugsweise ein niederfrequentes Wechselsignal, z.B. ein Rechtecksignal oder ein Trapezsignal ist. Das Testsignal kann insbesondere von einem Microprozessor oder Microcontroller erzeugt werden. Vorzugsweise kann das Testsignal mittels eines Spannungsteilers auf eine bestimmte Amplitude eingestellt werden; diese kann typischerweise z.B. 1 Vpp betragen und kann mittels einer Doppeldiode auf einen Maximalwert begrenzt werden, so dass Überspannungen abgeleitet werden.

Im Versorgungsspannungspfad für die Speisung der einzelnen Bussegmente ist bevorzugt jeweils eine stromkompensierte Drossel zwischengeschaltet, welche zusätzlich eine dritte Wicklung als Messwicklung aufweist. Das symmetrisch (als Gleichtaktsignal) eingespeiste Testsignal wird, solange kein Masse- oder Erdschluß vorliegt, nicht transformiert. Liegt jedoch eine Unsymmetrie (durch einen Masse- oder Erdschluß) vor, so gibt die Messwicklung bei jedem Flankenwechsel des eingespeisten Rechteck- oder Trapenzsignals einen kurzen Impuls ab.

Dieser wird gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung integriert und einem A/D-Wandler-Eingang des zugleich als Spannungsdetektor dienenden Microprozessors oder Microcontrollers für die weitere Auswertung zugeführt. Ebenso werden die von den anderen Messwicklungen abgegebenen Impulse je einem separaten A/D-Wandler-Eingang des Microprozessors oder Microcontrollers für die weitere Auswertung zugeführt.

Die Integration kann z.B. mittels je einer Operationsverstärkerstufe erfolgen. Die Zeitkonstante der Integration kann z.B. 30... 40 Mikrosekunden, insbesondere z.B. 33 Mikrosekunden betragen. Die Integration dient einerseits dazu, das differentielle Verhalten, welches durch die als Übertrager fungierende stromkompensierte Drossel hervorgerufen wird, zu kompensieren. Gleichzeitig können durch die Integration aber auch Peaks, die durch die Umladung der Kabelkapazitäten bei jeder Flanke des eingespeisten Rechteck- oder Trapezsignals auftreten, weitgehend unterdrückt werden, so dass eine Kapazität von einigen hundert nF am Bus toleriert werden kann, ohne einen Fehlalarm auszulösen.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung korreliert der Microprozessor oder Microkontroller anschließend das am A/D-Wandler-Eingang bzw. an den A/D-Wandler-Eingängen registrierte bzw. gemessene Signal (d.h. die Signalspannung oder die Summe aus der Signalspannung plus Zusatzsignalspannung) bzw. die an den separaten A/D-Wandler-Eingängen jeweils registrierten Signale mit den Zeitpunkten, zu welchen der Microprozessor oder Microkontroller eine positive oder negative Flanke des Testsignals ausgegeben hat, wobei das Testsignal ein Rechtecksignal oder ein Trapezsignal ist. Hierzu können z.B. mit maximaler Sampling-Rate in einem Zeitfenster von 0,5... 5 Millisekunden nach Ausgeben einer Flanke alle A/D-Wandler-Eingänge abgetastet und die Messwerte bei einer positiven Flanke vom bisherigen Messergebnis subtrahiert, bei einer negativen Flanke zum bestehenden Messwert addiert (bei invertierender Integration) bzw. umgekehrt (bei nicht-invertierender Integration). Da als Testsignal ein Rechtecksignal oder ein Trapezsignal verwendet wird, entspricht diese Vorgehensweise im wesentlichen einer diskreten Korrelation.

Die Frequenz des vom Microprozessor oder Microkontroller erzeugten Rechteck- oder Trapezsignals wird vorzugsweise gewobbelt, beispielsweise von 7,5 Hz bis 15 Hz, so dass eine zufällige Korrelation mit einer Störung fester Frequenz weitgehend ausgeschlossen ist.

Um eine hohe Störfestigkeit zu erreichen, kann zunächst eine Mehrzahl oder Vielzahl von Flanken oder Perioden (z.B. 64 Perioden) des Rechteck- oder Trapezsignals ausgewertet werden, bevor eine Aussage darüber getroffen wird, ob ein Masse- bzw. Erdschluß vorliegt oder nicht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Spannungsdetektor zusätzlich imstande, dann anzusprechen, wenn an seinem Eingang eine Spannung anliegt, deren Betrag größer ist als ein bestimmter Schwellenwert, wobei der Schwellenwert kleiner ist als der Betrag der Signalspannung, und in diesem Fall ein Vorwarnsignal auszulösen. Gemäß dieser Ausführungsform wird also das Vorwarnsignal bereits dann ausgelöst, wenn noch kein Erdschluß des Verbrauchers eingetreten ist, aber z.B. auf Grund eines sich anbahnenden Erdschlusses bereits ein gewisser Abfluss des Testsignals gegen Masse stattfindet. Auf diese Weise wird in vielen Fällen ermöglicht, bereits vor Eintritt des Erdschlusses Gegenmaßnahmen zu treffen, so dass es erst gar nicht zu einem Erdschluß kommt, z.B. indem der betroffene Verbraucher bei Auslösung des Vorwarnsignals sofort ausgetauscht wird.

In Systemen mit mehreren Busabgängen kann auf diese Weise für jeden Busabgang separat eine derartige Erdschluß-Vorwarnung und bei Eintritt eines Erdschlusses ein Erdschluß-Fehler signalisiert werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in welcher schematisch zeigen:
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer Spannungsversorgungsquelle zur Versorgung eines Verbrauchers, sowie mit einer Testsignalquelle, einem Kondensator, einer Spule und einer Messwicklung,
2 eine gegenüber 1 erweiterte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer Zusatzspule,
3 eine gegenüber 2 erweiterte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem zweiten Kondensator,
4 eine vorteilhafte Anordnung der Spule, der Zusatzspule und der Messwicklung auf einem gemeinsamen Kern,
5 eine gegenüber 3 erweiterte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit vier angeschlossenen Verbrauchern,
6 eine gegenüber 5 erweiterte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer Hilfs-Testsignalquelle, und
7 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Integratoren, wobei die Verbraucher weggelassen sind.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Detektion eines Masseschlusses eines elektrischen Verbrauchers V1, welcher durch eine Versorgungsspannungsquelle Q über eine Zuleitung mit einem Hinleiter H1 und einem Rückleiter R1 mit einer Versorgungsspannung versorgt wird, sowie mit einer Spule S1 und einer Messwicklung M1.
Der Hinleiter H1 sowie der Rückleiter R1 sind vom Massepotential galvanisch getrennt, so dass das Potential der Versorgungsspannung vom Massepotential galvanisch getrennt ist. Im Hinleiter H1 ist eine Spule S1 zwischengeschaltet, so dass die Spule S1 mit dem Verbraucher V1 in Serie geschaltet ist.
Die Messwicklung M1 ist vorzugsweise weder an den Hinleiter H1 noch an den Rückleiter R1 und somit vorzugsweise nicht an die Zuleitungen angeschlossen. Die Messwicklung M1 ist mit der Spule S1 induktiv gekoppelt und über Leitungen 1, 2 an den Eingang eines Spannungsdetektors D angeschlossen.
Eine Testsignalquelle T gibt über einen ersten und einen zweiten Pol P1, P2 ein Testsignal ab, welches vorzugsweise z.B. aus Rechteck-Impulsen oder Trapez-Impulsen besteht. Der erste Pol P1 ist mit dem Massepotential verbunden, so dass das Testsignal nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist. Der zweite Pol P2 ist über einen Kondensator C1, d.h. kapazitiv so mit dem Hinleiter H1 verbunden, dass durch einen Masseschluß des Verbrauchers V1 ein von der Testsignalquelle T gespeister Signalstrom durch Spule S1 in Gang gesetzt wird. Hierdurch wird die Messwicklung M1 auf Grund von Induktion aus der Spule S1 in die Messwicklung M1 veranlasst, eine Signalspannung abzugeben.
Somit ist die Signalspannung ein Indikator für den Masseschluß. Der Spannungsdetektor D ist imstande, auf die Signalspannung anzusprechen, daraufhin ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, z.B. ein optisches Warnsignal oder ein Schaltsignal, welches eine automatische Abschaltung der Spannungsversorgungsquelle Q auslöst.
2 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, welche sich von 1 dadurch unterscheidet, dass in dem Rückleiter R1 eine Zusatzspule zwischengeschaltet ist, so dass dem Verbraucher V1 die Spule S1 in Serie vorgeschaltet und die Zusatzspule Z1 in Serie nachgeschaltet ist.
Die Messwicklung M1 ist sowohl mit der Spule S1 als auch mit der Zusatzspule Z1 jeweils induktiv gekoppelt. In der Praxis sind der Hinleiter H1 und der Rückleiter R1 vielen Fällen ohnehin kapazitiv gekoppelt, insbesondere dann, wenn beide zur Glättung der von der Spannungsversorgungsquelle Q abgegebenen Spannung über einen (nicht gezeigten) Siebkondensator miteinander verbunden sind. Durch einen Masseschluß des Verbrauchers V1 wird in diesen Fällen zusätzlich zu dem Signalstrom, welcher durch die S1 in Gang gesetzt wird, ein ebenfalls von der Testsignalquelle T gespeister Zusatzsignalstrom die Zusatzspule Z1 in Gang gesetzt, wobei der Zusatzsignalstrom die Messwicklung M1 auf Grund von Induktion veranlasst, zusätzlich zu der Signalspannung eine sich dieser überlagernde Zusatzsignalspannung abzugeben.
2 unterscheidet sich von 1 ferner dadurch, dass anstelle des Spannungsdetektors D von 1 ein Spannungsdetektor D' vorhanden ist. Der Detektor D' von 2 ist, anstatt wie der Detektor D von 1 imstande zu sein, auf die Signalspannung anzusprechen, imstande, auf die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anzusprechen und daraufhin ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, welche sich von 2 dadurch unterscheidet, dass der zweite Pol P2 der Testsignalquelle T zusätzlich über einen zweiten Kondensator C2 und eine Leitung 3 auch mit dem Rückleiter R1 kapazitiv verbunden ist. Durch einen Masseschluß des Verbrauchers V1 wird daher auch dann, wenn Hinleiter H1 und Rückleiter R1 nicht über einen Siebkondensator verbunden sind, zusätzlich zu dem Signalstrom, welcher durch die S1 in Gang gesetzt wird, ein ebenfalls von der Testsignalquelle T gespeister Zusatzsignalstrom die Zusatzspule Z1 in Gang gesetzt, wobei der Zusatzsignalstrom die Messwicklung M1 auf Grund von Induktion veranlasst, zusätzlich zu der Signalspannung eine sich dieser überlagernde Zusatzsignalspannung abzugeben.
Die Spule S1 und die Zusatzspule Z1 können sehr vorteilhaft durch je eine Wicklung ein- und derselben stromkompensierten Drossel gebildet sein. Insbesondere kann die stromkompensierte Drossel einen Kern aufweisen, auf welchem neben der Spule S1 auch die Zusatzspule Z1 sowie die Messwicklung M1 angeordnet sind. Eine solche Anordnung der Spule S1, der Zusatzspule Z1 und der Messwicklung M1 auf einem Eisen- oder Ferritkern K ist schematisch in 4 gezeigt, wobei der Hinleiter H1, der Rückleiter R1 und die Leitungen 1, 2 von 3 jeweils nur teilweise dargestellt sind.
5 zeigt eine gegenüber 3 erweiterte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit vier angeschlossenen Verbrauchern, wobei der Spannungsdetektor D' von 3 durch einen Spannungsdetektor D'' mit vier Eingängen ersetzt ist. Die Schaltungsanordnung von 4 dient zur Detektion eines Masseschlusses einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern V1, V2, V3, V4, welche durch eine gemeinsame Versorgungsspannungsquelle Q über je eine Zuleitung mit je einem Hinleiter H1, H2, H3, H4 und je einem Rückleiter R1, R2, R3, R4 mit einer Versorgungsspannung versorgt werden, so dass zu jedem Verbraucher V1, V2, V3, V4 je ein Hinleiter H1, H2, H3, H4 sowie je ein Rückleiter R1, R2, R3, R4 zugehörig ist.
Alle Hinleiter H1, H2, H3, H4 sind miteinander verbunden und vom Massepotential galvanisch getrennt. Ebenso sind alle Rückleiter H1, H2, H3, H4 miteinander verbunden und vom Massepotential galvanisch getrennt sind, so dass das Potential der Versorgungsspannung vom Massepotential galvanisch getrennt ist.
In jeder Hinleitung ist je eine Spule S1, S2, S3, S4 zwischengeschaltet, so dass zu jedem Verbraucher V1, V2, V3, V4 je eine der Spulen S1, S2, S3, S4 zugehörig ist und jeder Verbraucher V1, V2, V3, V4 mit der zu ihm zugehörigen Spule S1, S2, S3, S4 in Serie geschaltet ist. Ebenso ist in jeder Rückleitung je eine Zusatzspule Z1, Z2, Z3, Z4 zwischengeschaltet, so dass zu jedem Verbraucher V1, V2, V3, V4 ferner je eine der Zusatzspulen Z1, Z2, Z3, Z4 zugehörig ist und jeder Verbraucher V1, V2, V3, V4 auch mit der zu ihm zugehörigen Zusatzspule Z1, Z2, Z3, Z4 in Serie geschaltet ist.
Auf diese Weise bildet jeder Verbraucher V1, V2, V3, V4 zusammen mit der zu ihm jeweils zugehörigen Spule S1, S2, S3, S4 und der zu ihm jeweils zugehörigen Zusatzspule Z1, Z2, Z3, Z4 je eine Bauteilgruppe V1, S1, Z1 bis V4, S4, Z4, wobei alle diese Bauteilgruppen zueinander parallel an die Spannungsversorgungsquelle Q angeschlossen sind.
Zu jedem Verbraucher V1, V2, V3, V4 ist ferner je eine Messwicklung M1, M2, M3, M4 zugehörig, welche vorzugsweise an keine der Zuleitungen angeschlossen und welche mit der zu dem betreffenden Verbraucher V1, V2, V3, V4 zugehörigen Spule S1, S2, S3, S4 induktiv gekoppelt ist. D.h. die Messwicklung M1 ist mit der Spule S1 und der Zusatzspule Z1 induktiv gekoppelt, ebenso ist die Messwicklung M2 ist mit der Spule S2 und der Zusatzspule Z2 induktiv gekoppelt, usw..
Sehr vorteilhaft kann als Spule S1-S4 jeweils eine Wicklung je einer stromkompensierten Drossel und als zu der betreffenden Spule jeweils zugehörige Zusatzspule Z1-Z4 jeweils die andere Wicklung der stromkompensierten Drossel verwendet werden, wobei die Spule, die zugehörige Zusatzspule sowie außerdem auch die zugehörige Messwicklung auf jeweils einem gemeinsamen magnetisierbaren Kern angeordnet sein können.
Jede Messwicklung M1, M2, M3, M4 an je einen Eingang des Spannungsdetektors D'' angeschlossen. Dieser ist imstande, anzusprechen und daraufhin ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, wenn an demjenigen seiner Eingänge, an welchen die Messwicklung M1 angeschlossen ist, die von dieser Messwicklung M1 abgegebene Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anliegt, d.h. ein Masseschluß des Verbrauchers V1 vorliegt. Ebenso ist der Spannungsdetektor D'' imstande, anzusprechen und daraufhin ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, wenn an demjenigen seiner Eingänge, an welchen die Messwicklung M2 angeschlossen ist, die von dieser Messwicklung M2 abgegebene Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anliegt, d.h. ein Masseschluß des Verbrauchers V2 vorliegt, usw..
Die Testsignalquelle T gibt über ihren ersten und ihren zweiten Pol P1, P2 das Testsignal ab, wobei der erste Pol P1 mit dem Massepotential verbunden ist, so dass das Testsignal nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist, und der zweite Pol P2 über den Kondensator C1 kapazitiv so mit allen Hinleitern H1, H2, H3, H4 verbunden ist, dass durch einen Masseschluß eines der Verbraucher V1, V2, V3, V4 ein von der Testsignalquelle T gespeister Signalstrom durch die diesem Verbraucher vorgeschaltete Spule S1, S2, S3, S4 in Gang gesetzt wird, welcher die zu dieser Spule S1, S2, S3, S4 gehörende Messwicklung M1, M2, M3, M4 auf Grund von Induktion veranlasst, eine Signalspannung abzugeben.
Der zweite Pol P2 ist ferner über den Kondensator C2 kapazitiv so mit allen Rückleitern R1, R2, R3, R4 verbunden ist, dass durch einen Masseschluß eines der Verbraucher V1, V2, V3, V4 ein von der Testsignalquelle T gespeister Zusatz-Signalstrom durch die diesem Verbraucher vorgeschaltete Zusatzspule Z1, Z2, Z3, Z4 in Gang gesetzt wird, welcher die zu dieser Zusatzspule gehörende Messwicklung M1, M2, M3, M4 auf Grund von Induktion veranlasst, eine Signalspannung abzugeben.
Der Spannungsdetektor D'' ist imstande, über jeweils einen seiner Eingänge auf die Summe aus Signalspannung und Zusatz-Signalspannung der jeweils an diesen Eingang angeschlossenen Messwicklung M1, M2, M3, M4 anzusprechen. Vorzugsweise ist der Spannungsdetektor D'' hierbei imstande zu unterscheiden, über welchen seiner Eingänge er angesprochen hat und somit festzustellen, welcher der Verbraucher V1, V2, V3, V4 von einem Masseschluß betroffen ist. Ferner ist der Spannungsdetektor D'' vorzugsweise imstande, diese Information, nämlich welcher der Verbraucher V1, V2, V3, V4 von einem Masseschluß betroffen ist, z.B. über einen Bus an eine EDV-Einrichtung auszugeben und auf diese Weise z.B. eine Anzeige des Masseschlusses auf einem Monitor, eine automatische Protokollierung des Masseschlusses oder die Abschaltung des betreffenden Verbrauchers oder seine Trennung von der Zuleitung zu veranlassen.
6 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, welche gegenüber 5 um eine Hilfs-Testsignalquelle T' erweitert ist. Diese gibt über einen ersten und einen zweiten Hilfs-Pol P1', P2' ein Hilfs-Testsignal ab, wobei der erste Hilfs-Pol P1' mit dem Massepotential verbunden ist, so dass das Hilfs-Testsignal nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist, und der zweite Hilfs-Pol P2' über ein Kondensator C1' mit den Hinleitungen H1, H2, H3, H4 und über einen Kondensator C2' mit den Rückleitungen R1, R2, R3, R4 jeweils kapazitiv verbunden ist.
Das Hilfs-Testsignal ist mit dem Testsignal identisch oder zu demselben proportional, so dass der Signalstrom und der Zusatz-Signalstrom, anstatt allein durch die Testspannungsquelle T gespeist zu werden, durch die Testspannungsquelle T und die Hilfs-Testsignalquelle T' gemeinsam gespeist werden. Zur Synchronisierung der Hilfs-Testsignalquelle T' mit der Testsignalquelle T sind dieselben durch eine Leitung 4 miteinander verbunden, über welche ein Taktsignal übertragen wird.
Diese Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn viele Verbraucher zugleich auf Masse- oder Erdschluß überwacht werden sollen.
7 zeigt eine weitere, gegenüber 5 modifizierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Integratoren 11, 12, 13, 14, wobei die Verbraucher von 5 weggelassen sind. Anstelle der Testsignalquelle T von 5 ist in 7 eine Testsignalquelle T'' vorhanden, welche von außen über einen Taktanschluß TA getriggert oder getaktet werden kann. Anstelle des Spannungsdetektors D'' von 5 ist in 7 ein Spannungsdetektor D''' vorhanden.
Die Anschlüsse, an welche die in 7 nicht dargestellten Verbraucher V1 bis V4 angeschlossen bzw. anzuschließen sind, sind in 7 mit den Bezeichnungen "Ausgang 1" bis "Ausgang 4" benannt. Wie bereits in 5 ist auch in 7 jedem Verbraucher im Hinleiter je eine der Spulen S1-S4 vorgeschaltet und im Rückleiter je eine der Zusatzspulen Z1-Z4 nachgeschaltet. Die Messwicklungen M1-M4 sind in 7 über je einen Integrator 11-14 an je einen separaten Eingang des Spannungsdetektors D''' angeschlossen.
Der Integrator 11 ist imstande, die von der Messwicklung M1 abgegebene Spannung zu integrieren und an den Spannungsdetektor D''' abzugeben. Die von der Messwicklung M1 abgegebene Spannung ist die Summe der Signalspannung, welche aus der Spule S1 in die Messwicklung M1 induziert wird, und Zusatzsignalspannung, welche aus der Zusatzspule Z1 in die Messwicklung M1 induziert wird. Der Integrator 11 erzeugt hieraus ein Integrationssignal und gibt dieses an einen separaten Eingang des Spannungsdetektors D''' ab.
Ebenso sind die Integratoren 12 bzw. 13 bzw. 14 imstande, die von der Messwicklung M2 bzw. M3 bzw. M4 abgegebene Spannung zu integrieren und über je einen separaten Eingang an den Spannungsdetektor D''' abzugeben. Das oben über den Integrator 11 gesagte gilt hierbei sinngemäß.
Der Spannungsdetektor D''' ist imstande, auf die von den Integratoren 11-14 angegebenen Integrationssignale anzusprechen. Die Summe aus der jeweiligen Signalspannung und der jeweiligen Zusatzsignalspannung werden somit in jeweils integrierter Form an den Detektor D''' geführt.
Die Testsignalquelle T'' gibt als Testsignal ein solches ab, welches aus Impulsen besteht oder Impulse enthält, welche insbesondere Rechteck- oder Trapez-Impulse sein können. Der Spannungsdetektor D''' gibt ein Taktsignal an den Taktanschluß TA der Testsignalquelle ab, wodurch diese getaktet wird.
Der Spannungsdetektor D''' ist ferner imstande, als Korrelator zu fungieren, durch welchen die Zeitpunkte des Auftretens der Impulse des Testsignals und die Zeitpunkte des Ansprechens des Spannungsdetektors D''' miteinander korreliert werden, und berechnet einen Korrelationskoeffizienten für die Korrelation zwischen diesen Zeitpunkten.
Bei Feststellung eines Masseschlusses gibt der Spannungsdetektor D''' ein elektrisches Schaltsignal aus, welches auf eine Anzeige und zugleich auf einen Alarmausgang aufgegeben wird. Die Abgabe des elektrischen Schaltsignals wird unterdrückt, d.h. der Masseschluß gilt als nicht festgestellt, solange der Betrag des Korrelationskoeffizienten einen bestimmten vorgebbaren Schwellenwert nicht übersteigt. Anstelle des Schaltsignals kann ein z.B. Binärsignal an die Anzeige ausgegeben werden, welches die Information darüber enthält, welcher der separaten Eingänge des Spannungsdetektors ein Integrationssignal erhält, d.h. welcher der Verbraucher von einem Masseschluß betroffen ist, wobei die Anzeige imstande ist, diese Information optisch darzustellen. Selbstverständlich kann alternativ hierzu der Spannungsdetektor ebenso viele Ausgänge aufweisen, wie er separate Eingänge besitzt, und jeder dieser Ausgänge genau einem der separaten Eingänge zugeordnet und an je eine separate Anzeige angeschlossen sein, so dass Information darüber, welcher der Verbraucher von einem Masseschluß betroffen ist, daraus hervorgeht, welche der Anzeigen anspricht.
Im Ausführungsbeispiel von 7 wird der Spannungsdetektor D''' ebenso wie die in 7 nicht dargestellten Verbraucher aus der Spannungsversorgungsquelle Q mit Betriebsspannung versorgt. Zur galvanischen Trennung des Spannungsdetektors D''' von der Spannungsversorgungsquelle Q dient ein DC/DC-Wandler W, welcher zwischen die Spannungsversorgungsquelle Q und den Spannungsdetektor D''' zwischengeschaltet ist.
Die in den 5, 6 und 7 veranschaulichten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen sind jeweils für vier Verbraucher V1 bis V4 ausgelegt. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung jedoch jeweils in völlig entsprechender Weise auch für weniger oder mehr als vier Verbraucher ausgelegt sein.
Gewerbliche Anwendbarkeit:
Die Erfindung ist gewerblich anwendbar z.B. im Bereich der Automatisierungstechnik, zur Selbstdiagnose von elektrischen und elektronischen Anlagen und zur Erhöhung der Sicherheit in explosionsgefährdeten Zonen.

1, 2, 3, 4: Leitungen
C1, C1', C2, C2': Kondensatoren
H1, H2, H3, H4: Hinleiter
D, D', D'', D''': Spannungsdetektoren
11, 12, 13, 14: Integratoren
K: Kern
Q: Versorgungsspannungsquelle
P1, P2: Pole von T
P1',P2': Pole von T' (Hilfs-Pole)
P1'', P2'': Pole von T''
R1, R2, R3, R4: Rückleiter
T, T'': Testsignalquellen
T': Hilfs-Testsignalquelle
TA: Taktanschluß von T''
V1, V2, V3, V4: Verbraucher
W: DC/DC-Wandler zur galvanischen Trennung

Claims

Schaltungsanordnung zur Detektion eines Masseschlusses eines Verbrauchers (V1), welcher durch eine Versorgungsspannungsquelle (Q) über eine Zuleitung mit einem Hinleiter (H1) und einem Rückleiter (R1) mit einer Versorgungsspannung versorgt wird, wobei a) in der Zuleitung eine Spule (S1) zwischengeschaltet ist, so dass der Verbraucher (V1) mit der Spule (S1) in Serie geschaltet ist, b) mit der Spule (S1) eine Messwicklung (M1) induktiv gekoppelt ist, c) die Messwicklung (M1) an einen Eingang eines Spannungsdetektors (D, D', D'') angeschlossen ist, d) eine Testsignalquelle (T, T'') über einen ersten und einen zweiten Pol (P1, P2, P1'', P2'') ein Testsignal abgibt, wobei – der erste Pol (P1, P1'') mit dem Massepotential verbunden ist, so dass das Testsignal nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist – und der zweite Pol (P2, P2'') so mit der Zuleitung verbunden ist, dass durch einen Masseschluß des Verbrauchers (V1) ein von der Testsignalquelle (T, T'') gespeister Signalstrom durch die Spule (S1) in Gang gesetzt wird, welcher die Messwicklung (M1) auf Grund von Induktion veranlasst, eine Signalspannung abzugeben, e) und der Spannungsdetektor (D) auf die Signalspannung anspricht.
Schaltungsanordnung zur Detektion eines Masseschlusses eines oder einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern (V1, V2, V3, V4), welche durch eine gemeinsame Versorgungsspannungsquelle (Q) über je eine Zuleitung mit je einem Hinleiter (H1, H2, H3, H4) und je einem Rückleiter (R1, R2, R3, R4) mit einer Versorgungsspannung versorgt werden, so dass zu jedem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) je ein Hinleiter (H1, H2, H3, H4) sowie je ein Rückleiter (R1, R2, R3, R4) zugehörig sind, wobei a) alle Hinleiter (H1, H2, H3, H4) miteinander verbunden sind, und ebenso alle Rückleiter (H1, H2, H3, H4) miteinander verbunden sind, b) in jeder Zuleitung je eine Spule (S1, S2, S3, S4) zwischengeschaltet ist, so dass zu jedem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) je eine der Spulen (S1, S2, S3, S4) zugehörig ist und jeder Verbraucher (V1, V2, V3, V4) mit der zu ihm zugehörigen Spule (S1, S2, S3, S4) in Serie geschaltet ist, c) zu jedem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) ferner je eine Messwicklung (M1, M2, M3, M4) zugehörig ist, welche mit der zu dem betreffenden Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Spule (S1, S2, S3, S4) induktiv gekoppelt ist, d) jede Messwicklung (M1, M2, M3, M4) an einen Eingang eines Spannungsdetektors (D, D', D'', D''') angeschlossen ist, e) eine Testsignalquelle (T, T'') über einen ersten und einen zweiten Pol (P1, P2, P1'', P2'') ein Testsignal abgibt, wobei – der erste Pol (P1, P1'') mit dem Massepotential verbunden ist, so dass das Testsignal nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist – und der zweite Pol (P2, P2'') so mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist, dass durch einen Masseschluß eines der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) ein von der Testsignalquelle (T, T'') gespeister Signalstrom durch die diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) vorgeschaltete Spule (S1, S2, S3, S4) in Gang gesetzt wird, welcher die zu dieser Spule (S1, S2, S3, S4) gehörende Messwicklung (M1, M2, M3, M4) auf Grund von Induktion veranlasst, eine Signalspannung abzugeben, f) und der Spannungsdetektor (D, D', D'', D''') auf die Signalspannung anspricht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der Hinleiter (H1) bzw. die Hinleiter (H1, H2, H3, H4) und der Rückleiter (R1) bzw. die Rückleiter (H1, H2, H3, H4) vom Massepotential galvanisch getrennt sind, so dass das Potential der Versorgungsspannung vom Massepotential galvanisch getrennt ist, – und der zweite Pol (P2, P2'') kapazitiv mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsdetektor (D'') mindestens so viele separate Eingänge aufweist wie Verbraucher vorhanden sind, und die Messwicklungen (M1, M2, M3, M4) an je einen separaten Eingang des Spannungsdetektors (D'', D''') angeschlossen sind, wobei dieser imstande ist zu registrieren, an welchem der separaten Eingänge eine Signalspannung anliegt, so dass der Detektor (D'', D''') imstande ist zu registrieren, welcher der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) von einem Masseschluß betroffen ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Testsignal – eine Gleichspannung ist, so dass der Signalstrom ein Verschiebestrom ist, welcher bei Entstehung des Masseschlusses in Gang gesetzt wird, – oder eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist, so dass der Signalstrom ein Wechselstrom und die Signalspannung eine Wechselspannung ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Testsignal eine rechteckförmig oder eine trapezförmig oder eine sägezahnförmig oder eine dreieckförmig oder eine sinusförmig verlaufende Spannung ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Testsignals zeitlich veränderlich ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einem der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zusätzlich eine Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) in Serie geschaltet ist, welche mit der jeweils zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Messwicklung (M1, M2, M3, M4) ebenfalls induktiv gekoppelt ist, wobei – entweder die zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Spule (S1, S2, S3, S4) in dem zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Hinleiter (H1, H2, H3, H4) zwischengeschaltet ist und die Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) in dem zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Rückleiter (R1, R2, R3, R4) zwischengeschaltet ist, – oder umgekehrt, so dass diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) die zu ihm zugehörige Spule (S1, S2, S3, S4) in Serie vorgeschaltet und die zu ihm zugehörige Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) in Serie nachgeschaltet ist oder umgekehrt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) eine stromkompensierte Drossel zugehörig ist, – deren eine Wicklung durch die zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Spule (S1, S2, S3, S4) – und deren andere Wicklung durch die zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) gebildet ist, so dass die zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Spule (S1, S2, S3, S4) und die zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) durch die Wicklungen der stromkompensierten Drossel gebildet sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die stromkompensierte Drossel einen Kern aufweist, auf welchem die Spule (S1, S2, S3, S4), die Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) sowie die Messwicklung (M1, M2, M3, M4) angeordnet sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass – der zweite Pol (P2, P2'') der Testsignalquelle (T, T'') über einen ersten Kondensator (C1) mit dem Hinleiter (H1, H2, H3, H4) und zugleich über einen zweiten Kondensator (C2) mit dem Rückleiter (R1, R2, R3, R4) kapazitiv verbunden ist, so dass durch einen Masseschluß eines der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zusätzlich zu dem Signalstrom, welcher durch die zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Spule (S1, S2, S3, S4) in Gang gesetzt wird, ein ebenfalls von der Testsignalquelle (T, T'') gespeister Zusatzsignalstrom durch die zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) in Gang gesetzt wird, wobei der Zusatzsignalstrom die Messwicklung (M1, M2, M3, M4) auf Grund von Induktion veranlasst, zusätzlich zu der Signalspannung eine sich dieser überlagernde Zusatzsignalspannung abzugeben, – und der Spannungsdetektor (D', D'', D''') auf die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anspricht, anstatt allein auf die Signalspannung anzusprechen.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – der Spannungsdetektor (D''') einen Integrator umfasst oder dem Spannungsdetektor (D''') ein Integrator (11, 12, 13, 14) vorgeschaltet ist, welcher die Signalspannung oder die Summe aus Signalspannung und Zusatzspannung mit einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zu integrieren und als Integrationssignal an den Spannungsdetektor (D''') abzugeben imstande ist, – und der Spannungsdetektor (D''') auf das Integrationssignal anspricht, anstatt auf die Signalspannung oder die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anzusprechen.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen integrierten Schaltbaustein, insbesondere Microcontroller oder Microprozessor, welcher sowohl als Testsignalquelle (T, T'') als auch als Detektor (D, D') zu fungieren imstande ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch mindestens eine mit der Testsignalquelle (T, T'') synchron arbeitende Hilfs-Testsignalquelle (T'), welche über einen ersten und einen zweiten Hilfs-Pol (P1', P2') ein Hilfs-Testsignal abgibt, wobei – der erste Hilfs-Pol (P1') mit dem Massepotential verbunden ist, so dass das Hilfs-Testsignal nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist – der zweite Hilfs-Pol (P2') kapazitiv mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist, – und das Hilfs-Testsignal mit dem Testsignal identisch ist oder zu demselben proportional ist, so dass der Signalstrom und der Zusatz-Signalstrom, anstatt allein durch die Testspannungsquelle (T, T'') gespeist zu werden, durch die Testspannungsquelle (T, T'') und die Hilfs-Testsignalquelle (T') bzw. durch die Testspannungsquelle (T, T'') und die Hilfs-Testsignalquellen gemeinsam gespeist werden.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Messwicklungen (M1, M2, M3, M4), anstatt an einen Eingang des Spannungsdetektors (D, D', D'', D''') angeschlossen zu sein, an einen Impedanzsensor angeschlossen ist, welcher imstande ist, auf eine durch einen Masseschluß des zu dieser Messwicklung (M1, M2, M3, M4) zugehörigen Verbrauchers (V1, V2, V3, V4) hervorgerufene Änderung der Impedanz dieser Messwicklung (M1, M2, M3, M4) anzusprechen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität der zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Spule (S1, S2, S3, S4) und der zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) so gewählt ist, dass die Magnetisierung des Kerns – nicht gesättigt ist, wenn der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) keinen Masseschluß aufweist, – und gesättigt ist, wenn der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) einen Masseschluß aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass – der Spannungsdetektor (D, D', D'', D''') auf an seinem Eingang anliegende Spannungen unterhalb eines bestimmten Betrages nicht anzusprechen imstande ist, – bzw. der Impedanzsensor auf Impedanzänderungen unterhalb eines bestimmten Betrages nicht anzusprechen imstande ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwicklung (M1, M2, M3, M4) durch eine Hall-Sonde ersetzt ist, welche im Magnetfeld des Kerns angeordnet ist, und der Spannungsdetektor (D, D', D'', D''') durch einen Widerstandssensor ersetzt ist, welcher – imstande ist, anzusprechen und ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, wenn der Widerstand der Hall-Sonde größer ist als ein bestimmter vorgebbarer Grenzwert, – oder imstande ist, anzusprechen und ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, wenn der Widerstand der Hall-Sonde kleiner ist als ein bestimmter vorgebbarer Grenzwert.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsdetektor (D, D', D'',D''') oder der Impedanzsensor oder der Widerstandssensor imstande ist, bei einem Ansprechen desselben ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal oder Binärsignal abzugeben.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Spulen (S1, S2, S3, S4) und/oder wenigstens eine der Zusatzspulen (Z1, Z2, Z3, Z4) mit einem Widerstand parallelgeschaltet ist, welcher die Schwingneigung der Spule (S1, S2, S3, S4) bzw. der Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) vermindert.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch eine Spannungsbegrenzerschaltung, welche den Betrag der Signalspannung oder der Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung auf einen bestimmten Maximalwert zu begrenzen imstande ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Pol (P2, P2'') der Testsignalquelle (T, T'') über wenigstens einen Widerstand mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist, so dass diese nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist bzw. getrennt sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsdetektor (D, D', D'',D''') zusätzlich imstande ist, – dann anzusprechen, wenn an seinem Eingang eine Spannung anliegt, deren Betrag größer ist als ein bestimmter Schwellenwert, wobei der Schwellenwert kleiner ist als der Betrag der Signalspannung, – und in diesem Fall ein Vorwarnsignal auszulösen.
Verfahren zur Detektion eines Masseschlusses eines oder einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern (V1, V2, V3, V4), welche durch eine gemeinsame Versorgungsspannungsquelle (Q) über je eine Zuleitung mit je einem Hinleiter (H1, H2, H3, H4) und je einem Rückleiter (R1, R2, R3, R4) mit einer Versorgungsspannung versorgt werden, so dass zu jedem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) je ein Hinleiter (H1, H2, H3, H4) sowie je ein Rückleiter (R1, R2, R3, R4) zugehörig sind, wobei a) alle Hinleiter (H1, H2, H3, H4) miteinander verbunden sind, und ebenso alle Rückleiter (H1, H2, H3, H4) miteinander verbunden sind, b) in jeder Zuleitung je eine Spule (S1, S2, S3, S4) zwischengeschaltet ist, so dass zu jedem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) je eine der Spulen (S1, S2, S3, S4) zugehörig ist und jeder Verbraucher (V1, V2, V3, V4) mit der zu ihm zugehörigen Spule (S1, S2, S3, S4) in Serie geschaltet ist, c) zu jedem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) ferner je eine Messwicklung (M1, M2, M3, M4) zugehörig ist, welche mit der zu dem betreffenden Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Spule (S1, S2, S3, S4) induktiv gekoppelt ist, d) jede Messwicklung (M1, M2, M3, M4) an einen Eingang eines Spannungsdetektors (D, D', D'',D''') angeschlossen ist, e) eine Testsignalquelle (T, T'') verwendet wird, welche über einen ersten und einen zweiten Pol (P1, P2, P1'', P2'') ein Testsignal abgibt, wobei – der erste Pol (P1, P1'') mit dem Massepotential verbunden ist, so dass das Testsignal nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist – und der zweite Pol (P2, P2'') so mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist, dass durch einen Masseschluß eines der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) ein von der Testsignalquelle (T, T'') gespeister Signalstrom durch die diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) vorgeschaltete Spule (S1, S2, S3, S4) in Gang gesetzt wird, welcher die zu dieser Spule (S1, S2, S3, S4) gehörende Messwicklung (M1, M2, M3, M4) auf Grund von Induktion veranlasst, eine Signalspannung abzugeben, f) und als Spannungsdetektor (D, D', D'', D''') ein solcher verwendet wird, welcher auf die Signalspannung anspricht.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass – als Hinleiter (H1, H2, H3, H4) sowie als Rückleiter (H1, H2, H3, H4) jeweils solche verwendet werden, welche vom Massepotential galvanisch getrennt sind, so dass das Potential der Versorgungsspannung vom Massepotential galvanisch getrennt ist, – und der zweite Pol (P2, P2'') der Testsignalquelle (T, T'') kapazitiv mit der Zuleitung oder den Zuleitungen verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 224 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsdetektor (D'',D''') ein solcher verwendet wird, welcher mindestens so viele separate Eingänge aufweist wie Verbraucher vorhanden sind und imstande ist zu registrieren, an welchem der separaten Eingänge eine Signalspannung anliegt, und die Messwicklungen (M1, M2, M3, M4) an je einen separaten Eingang des Spannungsdetektors (D'') angeschlossen sind, so dass der Detektor (D'') imstande ist zu registrieren, welcher der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) von einem Masseschluß betroffen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass als Testsignal – eine Gleichspannung verwendet wird, so dass der Signalstrom ein Verschiebestrom ist, welcher bei Entstehung des Masseschlusses in Gang gesetzt wird, – oder eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung verwendet wird, so dass der Signalstrom ein Wechselstrom und die Signalspannung eine Wechselspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass als Testsignal eine rechteckförmig oder eine trapezförmig oder eine sägezahnförmig oder eine dreieckförmig oder eine sinusförmig verlaufende Spannung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Testsignals zeitlich variiert, insbesondere gewobbelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) verwendet wird, welche mit einem der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zusätzlich in Serie geschaltet ist und mit der jeweils zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Messwicklung (M1, M2, M3, M4) ebenfalls induktiv gekoppelt ist, wobei – entweder die zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Spule (S1, S2, S3, S4) in dem zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Hinleiter (H1, H2, H3, H4) zwischengeschaltet ist und die Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) in dem zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Rückleiter (R1, R2, R3, R4) zwischengeschaltet ist, – oder umgekehrt, so dass diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) die zu ihm zugehörige Spule (S1, S2, S3, S4) in Serie vorgeschaltet und die zu ihm zugehörige Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) in Serie nachgeschaltet ist oder umgekehrt.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige stromkompensierte Drossel verwendet wird, – deren eine Wicklung durch die zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörigen Spule (S1, S2, S3, S4) – und deren andere Wicklung durch die zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) gebildet ist, so dass als zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Spule (S1, S2, S3, S4) und als zu diesem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) je eine Wicklung der stromkompensierten Drossel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass als stromkompensierte Drossel eine solche verwendet wird, welche einen Kern aufweist, auf welchem die Spule (S1, S2, S3, S4), die Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) sowie die Messwicklung (M1, M2, M3, M4) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass – das Testsignal über den zweiten Pol (P2, P2'') der Testsignalquelle (T, T'') und einen ersten Kondensator (C1) dem Hinleiter (H1, H2, H3, H4) und zugleich über einen zweiten Kondensator (C2) dem Rückleiter (R1, R2, R3, R4) zugeführt wird, so dass durch einen Masseschluß eines der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zusätzlich zu dem Signalstrom, welcher durch die zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Spule (S1, S2, S3, S4) in Gang gesetzt wird, ein ebenfalls von der Testsignalquelle (T, T'') gespeister Zusatzsignalstrom durch die zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) in Gang gesetzt wird, wobei der Zusatzsignalstrom die Messwicklung (M1, M2, M3, M4) auf Grund von Induktion veranlasst, zusätzlich zu der Signalspannung eine sich dieser überlagernde Zusatzsignalspannung abzugeben, – und als Spannungsdetektor (D', D'', D''') ein solcher verwendet wird, welcher auf die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anspricht, anstatt allein auf die Signalspannung anzusprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass – die Signalspannung oder die Summe aus Signalspannung und Zusatzspannung mit einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten integriert werden, – und als Spannungsdetektor (D''') ein solcher verwendet wird, welcher auf das Integrationssignal anspricht, anstatt auf die Signalspannung oder die Summe aus Signalspannung und Zusatzsignalspannung anzusprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Spannungsdetektors (D, D', D'', D''') ein Impedanzsensor (IS) verwendet wird, wobei mindestens eine der Messwicklungen (M1, M2, M3, M4), anstatt an einen Eingang des Spannungsdetektors (D, D', D'', D''') angeschlossen zu sein, an den Impedanzsensor angeschlossen ist, welcher imstande ist, auf eine durch einen Masseschluß des zu dieser Messwicklung (M1, M2, M3, M4) zugehörigen Verbrauchers (V1, V2, V3, V4) hervorgerufene Änderung der Impedanz dieser Messwicklung (M1, M2, M3, M4) anzusprechen, so dass diese Änderung zur Detektion des Masseschlusses ausgenutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 32 und 35, dadurch gekennzeichnet, dass als zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Spule (S1, S2, S3, S4) eine solche verwendet wird und als zu dem Verbraucher (V1, V2, V3, V4) zugehörige Zusatzspule (Z1, Z2, Z3, Z4) eine solche verwendet wird, deren Induktivität jeweils so gewählt ist, dass die Magnetisierung des Kerns – nicht gesättigt ist, wenn der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) keinen Masseschluß aufweist, – und gesättigt ist, wenn der Verbraucher (V1, V2, V3, V4) einen Masseschluß aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass – als Spannungsdetektor (D, D', D'', D''') ein solcher verwendet wird, welcher auf an seinem Eingang anliegende Spannungen unterhalb eines bestimmten Betrages nicht anspricht, – bzw. als Impedanzsensor ein solcher gewählt wird, welcher auf Impedanzänderungen unterhalb eines bestimmten Betrages nicht anspricht.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Messwicklung (M1, M2, M3, M4) eine Hall-Sonde verwendet wird, welche im Magnetfeld des Kerns angeordnet ist, und anstelle des Spannungsdetektors (D, D', D'',D''') ein Widerstandssensor verwendet wird, welcher – imstande ist, anzusprechen und ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, wenn der Widerstand der Hall-Sonde größer ist als ein bestimmter vorgebbarer Grenzwert, – oder imstande ist, anzusprechen und ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal abzugeben, wenn der Widerstand der Hall-Sonde kleiner ist als ein bestimmter vorgebbarer Grenzwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsdetektor (D, D', D'', D''') oder der Impedanzsensor oder der Widerstandssensor ein solcher verwendet wird, welcher bei einem Ansprechen desselben ein elektrisches Schaltsignal oder Warnsignal oder Zählersignal oder ein Binärsignal abgibt.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass – als Testsignal ein solches verwendet wird, welches aus Impulsen besteht oder Impulse enthält, – und mittels einer Koinzidenzschaltung festgestellt wird, ob Koinzidenz zwischen dem Ansprechen des Spannungsdetektors (D, D', D'', D''') bzw. des Impedanzsensors bzw. des Widerstandssensors und einem Impuls des Testsignals vorliegt, wobei die Abgabe des elektrischen Schaltsignals oder Warnsignals oder Zählersignals oder Binärsignals so lange unterdrückt wird, bis eine bestimmte Anzahl n von derartigen Koinzidenzen festgestellt worden ist, wobei n eine natürliche Zahl größer als Null ist.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass – als Testsignal ein solches verwendet wird, welches aus Impulsen besteht oder Impulse enthält, – und mittels einer Koinzidenzschaltung festgestellt wird, ob Koinzidenz zwischen dem Ansprechen des Spannungsdetektors (D, D', D'', D''') bzw. des Impedanzsensors bzw. des Widerstandssensors und einem Impuls des Testsignals vorliegt, wobei die Abgabe des elektrischen Schaltsignals oder Warnsignals oder Zählersignals oder Binärsignals unterdrückt wird, sofern in einer vorgegebenen Zeitspanne nicht mindestens eine bestimmte Anzahl n von derartigen Koinzidenzen festgestellt worden ist, wobei n eine natürliche Zahl größer als Null ist.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass – als Testsignal ein solches verwendet wird, welches aus Impulsen besteht oder Impulse enthält, – die Zeitpunkte des Auftretens der Impulse des Testsignals und die Zeitpunkte des Ansprechens des Spannungsdetektors (D, D', D'', D''') bzw. des Impedanzsensors bzw. des Widerstandssensors miteinander korreliert werden und ein Korrelationskoeffizient der Korrelation zwischen diesen Zeitpunkten bestimmt wird, – und die Abgabe des elektrischen Schaltsignals oder Warnsignals oder Zählersignals oder Binärsignals unterdrückt wird, solange der Betrag des Korrelationskoeffizienten einen bestimmten vorgebbaren Schwellenwert nicht übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Testsignal der Zuleitung bzw. den Zuleitungen über den wenigstens einen Widerstand zugeführt wird, so dass die Zuleitung bzw. die Zuleitungen nicht galvanisch vom Massepotential getrennt ist bzw. getrennt sind.