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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Blockiervorrichtung für einen
Schutzschalter, speziell für
einen Fehlerstromschutzschalter, umfassend eine Blockierungseinrichtung
zur Blockierung eines Schaltmechanismus des Schutzschalters. Des
Weiteren wird hier ein Verfahren zum unterbrechungsfreien Testen
eines Schutzschalters, insbesondere eines Fehlerstromschutzschalters
durch Blockieren eines Schaltmechanismus des Schutzschalters beschrieben.
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Eine
Fehlerstromschutzvorrichtung umfasst in der Regel einen Schalter,
welcher wenigstens ein elektrisch zu verbindendes Schaltkontaktpaar
ausweist. Der Schalter ist dazu ausgebildet, das Schaltkontaktpaar trennbar
elektrisch leitend zu verbinden. Die Fehlerstromschutzvorrichtung
ist ausgebildet, einen ersten Strom und wenigstens einen mit dem
ersten Strom zu vergleichenden weiteren Strom zu erfassen. Die Fehlerstromschutzvorrichtung
weist auch eine Auslösevorrichtung
auf, welche mit dem Schalter mindestens mittelbar verbunden ist.
Die Auslösevorrichtung
ist ausgebildet, in Abhängigkeit
von einer Stromdifferenz zwischen dem ersten Strom und einer Stromsumme,
gebildet aus wenigstens einem weiteren Strom, auszulösen und
den Schalter zum Trennen des wenigstens einen Schaltkontaktpaares
zu betätigen.
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Aus
dem Stand der Technik bekannte Fehlerstromschutzvorrichtungen, insbesondere
Fehlerstromschutzschalter, auch FI-Schutzschalter genannt, weisen einen
Schalter, insbesondere ein Schaltschloss, und eine mit dem Schalter
verbundene Auslösevorrichtung
und einen mit der Auslösevorrichtung
verbundenen Summenstromwandler auf. Weiter sind aus dem Stand der
Technik Fehlerstromschutzschalter mit einer direkten Auslösung, einer
indirekten Auslösung
oder mit einer Impuls-Auslösung
bekannt.
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Fehlerstromschutzschalter
werden zwischen ein Versorgungsspannungsnetz und einen Stromverbraucher
geschaltet. Ein Strom zum Betreiben des Stromverbrauchers fließt dabei
von dem Versorgungsspannungsnetz über den Fehlerstromschutzschalter
zum Stromverbraucher und vom Stromverbraucher über den Fehlerstromschutzschalter
wieder zurück
zum Versorgungsspannungsnetz.
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Ein
Fehlerstromschutzschalter vergleicht einen zu einem Stromverbraucher
fließenden
Strom mit einem von dem Stromverbraucher abfließenden Strom. Dies geschieht
bei aus dem Stand der Technik bekannten Fehlerstromschutzschaltern
induktiv über
einen Summenstromwandler. Der Summenstromwandler weist eine Sekundärwicklung
auf, in welcher ein einem Fehlerstrom entsprechender Strom induktiv
erzeugt werden kann. Die Sekundärwicklung
des Summenstromwandlers ist mit einer Auslösevorrichtung verbunden, welche beispielsweise
einen mit einem Permanentmagneten gehaltenen Auslöseanker
aufweist. Der Permanentmagnet ist mit einer magnetischen Auslösespule
verbunden, welche mit der Sekundärwicklung
des Summenstromwandlers verbunden ist. Ein in der Sekundärwicklung
des Summenstromwandlers auftretender Strom kann somit über die
Auslösespule
fließen
und dort ein Magnetfeld erzeugen, welches ein Magnetfeld des Permanentmagneten
schwächt.
Dadurch kann der Auslöseanker – welcher
beispielsweise über
eine mechanische Zugfeder unter mechanischer Spannung gehalten ist – von der
Zugfeder gezogen vom Permanentmagneten getrennt werden.
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Der
Auslöseanker
ist mit einem Schaltschloss verbunden, welches, bewegt durch den
Auslöseanker, den
Stromverbraucher vom Versorgungsspannungsnetz trennen kann.
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Übliche Ausführungsformen
für Fehlerstromschutzschalter
sind ausgebildet, bei einem Fehlerstrom zwischen einschließlich 10
mA und einschließlich
1000 mA auszulösen
und den Schalter, insbesondere ein Schaltschloss, zu betätigen.
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Ein
Fehlerstromschutzschalter kann eine Prüfeinrichtung umfassen. Diese
Prüfeinrichtung
dient dazu, die Grundfunktionen des Gerätes zu testen. Durch Drücken einer
Prüftaste
kann der Benutzer die Prüfung
starten. Ein künstlich
erzeugter Fehlerstrom, im weiteren als Prüfstrom bezeichnet, fließt dann
im Stromkreis mit dem zu testenden Schutzschalter und löst bei erfolgreich
verlaufender Prüfung
den Schutzschalter aus. Dabei werden Kontakte innerhalb des Stromkreises
getrennt und der Stromfluss wird unterbrochen. Wird der Schutzschalter
hingegen nicht ausgelöst,
so ist dies ein Zeichen dafür,
dass der Schutzschalter nicht mehr im funktionsausführenden
Zustand vorliegt.
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Diese
hier beschriebene Prüfung
sollte monatlich wiederholt werden, um die Funktionalität eines Schutzschalters
gewährleisten
zu können.
Allerdings sind Schutzschalterprüfungen
nach der hier vorgestellten Weise für den Anwender oft mit großen Nachteilen
verbunden. So kann es als sehr störend empfunden werden, wenn
bei einer erfolgreich durchgeführten
Prüfung
der Stromkreis unterbrochen wird. Das Abschalten des Stroms kann
stören,
wenn Geräte,
beispielsweise Fertigungsanlagen, dabei in ihrer Arbeit unterbrochen
werden. Oft ist das Wiedereinschalten von Geräten dann noch mit einer zusätzlichen
Arbeit verbunden, wenn beispielsweise bestimmte Einstellungen an
dem Gerät
erneut ausgeführt
werden müssen.
Ein plötzliches
Abschalten von einer Computeranlage durch eine ausgeführte Schutzschalterprüfung kann
zusätzlich
noch zum Verlust wertvoller Daten führen.
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Es
ist deshalb von Nutzen, eine Einrichtung zur Verhinderung eines
Auslösens
des Schutzschalters bei einer Schutzschalterprüfung einzubauen.
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Eine
Lösung
gegen eine Kontakttrennung innerhalb eines Stromkreises mit einem überprüften Schutzschalter
ist unter Umständen
dadurch zu erreichen, dass das Schaltwerk über eine Blockiervorrichtung
bei einer Schutzschalterprüfung
blockiert wird. Allerdings ist diese Vorgehensweise von Nachteil,
weil es dann während
der Ausführung
der Schutzschalterprüfung
keinen Schutz gegen einen auftretenden Fehlerstrom gibt.
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Der
weiteren existiert noch die Möglichkeit,
die Unterbrechung des Primärkreises
bei Betätigung
der Prüfeinrichtung
des Fehlerstromschutzschalters zu verhindern, indem zusätzlich ein
kompletter Fehlerstromschutzschalter in das Gerät integriert wird. Allerdings
ist dies mit einem hohen Aufwand bei der Konstruktion des Geräts, sowie
mit zusätzlichen
Kosten verbunden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Blockierungseinrichtung
zu finden, welche ein Auslösen
des Schutzschalters während
des Anlegens des Prüfstroms
verhindert und gleichzeitig Schutz vor einem auftretenden Fehlerstrom
gewährleistet.
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Zusätzlich soll
ein Verfahren zum unterbrechungsfreien Testen eines Schutzschalters
entwickelt werden.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst
durch eine Blockiervorrichtung für
einen Schutzschalter, speziell für
einen Fehlerstromschutzschalter, umfassend eine Blockierungseinrichtung
zur Blockierung eines Schaltmechanismus des Schutzschalters, wobei
eine Sicherungseinrichtung hinzugefügt ist, mit der die Blockierfunktion
der Blockierungseinrichtung derart steuerbar ist, dass bei Auftreten
eines Fehlerstroms die Blockierung aufhebbar ist.
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Darüber hinaus
ist erfindungsgemäß vorgesehen
ein Verfahren zum unterbrechungsfreien Testen eines Schutzschalters,
insbesondere eines Fehlerstromschutzschalters, durch Blockieren
eines Schaltmechanismus des Schutzschalters, wobei ein Aufheben
des Blockierens bei Auftreten eines Fehlerstroms erfolgt.
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Erfindungsgemäß kann die
Sicherungseinrichtung bei einer Aktivierung der Blockierungseinrichtung automatisch
aktiviert und bei einer Deaktivierung der Blockierungseinrichtung
automatisch deaktiviert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Sicherungseinrichtung
zur Aufhebung der Blockierung des Schutzschalters auch nur dann
agiert, wenn eine Blockierung vorliegt. Ansonsten beeinflusst die
Sicherungseinrichtung damit nicht die Funktion des Schutzschalters.
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In
gleicher Weise kann die Sicherungseinrichtung während des Anlegens eines Prüfstroms
automatisch deaktiviert werden. Bei einer Prüfung des Fehlerstromschutzschalters
kann ein Prüfstrom
dann fließen, ohne
dass dieser Prüfstrom
als echter Fehlerstrom von der Sicherungseinrichtung betrachtet
wird. Eine Prüfung
des Schutzschalters kann damit ausgeführt werden, ohne dass es zu
einer Unterbrechung des durch den Schutzschalters gesteuerten Stromkreis
kommt.
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Vorzugsweise
umfasst die Blockiervorrichtung eine drehbar angeordnete Hebeleinrichtung,
wobei mit der Hebeleinrichtung in einer ersten Drehposition eine
kraftschlüssige
Verbindung zu einer Komponente des Schutzschalters herstellbar ist
und in einer zweiten Drehposition die kraftschlüssige Verbindung unterbrochen ist.
Dies hat den Vorteil, dass über
diese Hebeleinrichtung die Blockierung des Schutzschalters schnell
aufgehoben werden kann. Dabei kann das Aufheben der Blockierung
direkt oder indirekt durch den Fehlerstrom erfolgen.
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Speziell
ist die Hebeleinrichtung so geformt und eine Magneteinrichtung,
mit der die Hebeleinrichtung drehbar ist, so angeordnet, dass in
der ersten Drehposition ein maximales Drehmoment auf die Hebeleinrichtung
ausübbar
ist.
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Vorteilhafterweise
ist die Blockierungsaufhebungseinrichtung über eine logische Schaltung
steuerbar. Damit ist gewährleistet,
dass die Blockierungsaufhebungseinrichtung gerade dann aktiviert
wird, wenn der Schutzschalter blockiert ist und wenn kein Prüfstrom fließt.
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Ebenso
kann der Prüfstrom
mit Hilfe der logischen Schaltung der Blockiervorrichtung reguliert
werden. Dies gewährleistet,
dass die Prüfung
des Schutzschalters ohne eine Stromkreisunterbrechung durch den
Prüfstrom
durchgeführt
werden kann.
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Insbesondere
kann die Zeitdauer des Prüfstroms
variierbar und somit die Pulsstromempfindlichkeit und/oder die Auslösegeschwindigkeit
des Schutzschalters bestimmbar sein. Damit sind für den Benutzer
neue Möglichkeiten
zum Testen eines Schutzschalters, insbesondere eines Fehlerstromschutzschalters
gewährleistet.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in
denen zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Blockiervorrichtung
bei nichtaktivierter Blockierung;
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2 eine
erfindungsgemäße Blockiervorrichtung
bei aktivierter Blockierung;
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3 eine
erfindungsgemäße Blockiervorrichtung
bei aufgehobener Blockierung;
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4 eine
Zeitspur über
den Ablauf der einzelnen Testschritte;
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5 ein
Stromkreis mit der erfindungsgemäßen Blockiervorrichtung;
und
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6 eine
logische Schaltung der erfindungsgemäßen Blockiervorrichtung.
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Das
nachfolgend näher
geschilderte Ausführungsbeispiel
stellt eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
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In 1 ist
der Schaltwerkhebel 1 eines Schaltwerks eines Schutzschalters
zu erkennen. Der Schaltwerkhebel 1 ist so an einer Schwenkwelle 2 gelagert
und wirkt symbolisch mit einem Kontakt 3 zusammen. Je nach
der Stellung des Schaltwerkhebels 1 ist der Kontakt 3 geöffnet oder
geschlossen. In 1 ist der Schaltwerkhebel 1 in
der EIN-Stellung, der Kontakt ist geschlossen.
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Ebenfalls
zu erkennen in 1 ist ein Taster 4. Über eine
daran angeordnete Feder 5 lässt sich der Taster 4 durch
einen Benutzer drücken. Über diesen
Taster 4 wird die Blockierungseinrichtung 4 bis 10 positioniert,
und die Blockierung des Schaltwerkhebels 1 betätigt.
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Dazu
ist an dem Taster 4 ein Gelenk 8 und ein Hebel 6 angeordnet.
Erfindungsgemäß ist der
Hebel 6 dabei L-förmig
geformt, so dass er, entsprechend positioniert, mit einem an ihm
angeordneten Bolzen 10 und mit einem Relais 11 gleichzeitig
Berührungskontakt
haben kann. Des weiteren ist der Hebel 6 so an dem Gelenk 8 angeordnet,
dass er gegen die Kraft einer Feder 7 in seiner Position
gedreht werden kann. Mit dem Relais 11 ist der Hebel 6 drehbar.
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Wie
in 1 zu erkennen übt
der Hebel 6 bei Nichtbetätigung des Taster 4 keinerlei
Druck auf den Bolzen 10 aus. Allerdings ist durch die an
dem Bolzen 10 angeordnete Feder 9 zu erkennen,
dass der Bolzen 10 aus seiner Grundposition auf den Schaltwerkhebel 1 zu
verschoben werden kann. Ebenfalls ist in 1 zu sehen,
dass der Hebel 6 zwar nahe an dem Relais 11 angeordnet
ist, dass aber kein Berührungskontakt
zwischen dem Hebel 6 und dem Relais 11 besteht,
solange der Taster 4 nicht gedrückt wurde.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der Blockiervorrichtung näher erläutert. Dazu
ist in 2 skizziert, was geschieht, wenn der Taster 4 von
einem Benutzer für
die Prüfung
des Fehlerstromschutzschalters gedrückt wird.
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Durch
den auf den Taster 4 ausgeübten Druck werden Gelenk 8 und
Hebel 6 in Richtung auf dem Bolzen 10 hin verschoben.
Dabei wirkt der Hebel 6 einen Druck auf den Bolzen 10 aus.
Wichtig ist hierbei, dass die von der Feder 7 auf den Hebel 6 ausgeübte Kraft
und die Kontaktkräfte
zwischen den Hebel 6 und den Bolzen 10 groß genug
sind, um eine Drehung des Hebels 6 zu verhindern. Dadurch
wird der Bolzen 10 gegen die Kraft der Feder 9 in
Richtung auf den Schaltwerkhebel 1 geschoben. Durch den
Bolzen 10 ist der Schaltwerkhebel 1 so blockiert,
dass selbst bei einer Auslösung
des Haltemagneten 14 des Fehlerstromschutzschalters (in 1–3 der
besseren Übersicht
wegen nicht, jedoch in 5 skizziert) der Schaltwerkhebel 1 in seiner
EIN-Stellung nicht verschoben werden kann. Der Kontakt 3 bleibt
damit geschlossen und ein Abschalten des Stromkreises während der
Prüfung
findet nicht statt.
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Allerdings
ist die Blockiervorrichtung bei Auftreten eines Fehlerstromes in
der Lage, die Blockierung des Schaltwerkes schnell aufzuheben. Dazu
ist es wichtig, dass der Hebel 6 so geformt ist, dass er
in der Blockierposition nahe an dem Relais 11 angeordnet
ist.
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Die
Aufhebung einer Blockierung des Schaltwerkhebels 1 durch
das Relais 11 bei Auftreten eines Fehlerstroms ist in 3 skizziert.
Mit Hilfe des Relais 11 wird durch einen Fehlerstrom, oder
von ihm ausgelöst, auf
den Hebel 6 eine Kraft ausgeübt. Diese Kraft ist ausreichend,
um den im Gelenk 8 drehbar angeordnete Hebel 6 aus
seiner bisherigen Lage entgegen der Kraft der Feder 7 zu
drehen.
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Entsprechend
einer alternativen Ausführungsform
wird der Hebel 6 während
der Prüfung
von dem Relais bzw. einer entspre chenden Magneteinrichtung gehalten
und bei Vorliegen eines Fehlerstroms wird die Magnetkraft unterbrochen
und die Feder 7 dreht den Hebel 6 aus der Grundpos8ition,
so dass die Blockierung aufgeheben ist und das Schaltwerk ausgelöst werden
kann.
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Durch
die Drehung des Hebels 6 nimmt der Druck, der zuvor durch
den Hebel auf den Bolzen 10 ausgeübt wurde ab. Der Bolzen wird
daher durch die Federspannung der an ihm angeordneten Feder 9 wieder
in seine vorherige Lage weg vom Schaltwerkhebel 1 verschoben.
Die Blockierung auf den Schaltwerkhebel 1 wird dadurch
aufgehoben. Der Schaltwerkhebel 1 ist nun wieder in der
Lage, auf eine Auslösung
des Haltemagnets 14 und des Schaltschlosses 23 zu
reagieren.
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Durch
den Fehlerstrom, der zuvor schon das Relais 11 ausgelöst hat,
wurden auch die am Schaltwerkhebel 1 des Schaltwerks angeordneten,
in den 1 bis 3 nicht eingezeichneten Komponenten
Haltemagnet 14 und Schaltschoss 23 ausgelöst. Durch
die Auslösekraft
des Schaltschlosses 23 wird auch der Schaltwerkhebel 1 in
seiner Schwenkwelle 2 gedreht. Durch die Drehung des Schaltwerkhebels 1 wird
der Kontakt 3 geöffnet.
Der dem Fehlerstromschutzschalter zugeordnete Stromkreis ist dadurch
nicht mehr geschlossen und der Fehlerstromfluss wird abgebrochen.
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Tritt
hingegen kein Fehlerstrom auf, so kann die Blockierung durch den
Benutzer am Ende der Überprüfung des
Fehlerstromschutzschalters dadurch deaktiviert werden, dass er den
Druck auf den Taster 4 aufgibt. Über die Spannkraft der Feder 5 werden
Gelenk 8 und Hebel 6 wieder in ihre vorherige;
in 1 gezeigte Grundposition zurückgeschoben. Da kein Druck
mehr auf dem Bolzen 10 anliegt, wird dieser durch die Feder 9 in
Richtung weg von dem Schaltwerkhebel 1 geschoben. Dadurch
wird die Blockierung des Schaltwerkhebels 1 aufgehoben.
Der Schaltwerkhebel 1 ist nun wieder in seiner Schwenkwelle 2 drehbar
und kann auf eine Auslösung
des Haltemagneten 14 und des Schaltschlosses 23 reagieren.
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Ein
Vorgang, über
den verhindert werden kann, dass das Relais 11 bei einem
angelegten Prüfstrom Ip
auslöst,
ist in 4 schematisch dargestellt. Dabei ist eine Zeitachte
t zu erkennen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt t1 beginnt der Benutzer
mit der Funktionskontrolle eines Fehlerstromschutzschalters. Dazu
drückt
er den Taster 4. Dadurch wird zuerst eine Sicherungseinrichtung,
welche auch ein Relais 11 umfasst aktiviert. Wie in Zusammenhang
mit 2 schon beschieben, wird das Schaltwerk des Fehlerstromschutzschalters
dann blockiert. Über
eine Signaleinrichtung, beispielsweise eine LED-Diode 12 kann
angezeigt werden, dass die Elektronik der Sicherungseinrichtung
versorgt ist. Auch die erfolgte Blockierung des Schaltwerks kann über diese
Signaleinrichtung, oder über
eine andere angezeigt werden.
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Zu
einem Zeitpunkt t2 beginnt die eigentliche Überprüfung des Fehlerstromschutzschalters.
Dies kann durch Drücken
der Prüftaste 13 durch
den Benutzer oder automatisch eingeleitet werden. Die zuvor aktivierte Sicherungseinrichtung
wird deaktiviert, so dass das Relais 11 für den folgenden
Zeitabschnitt nicht in der Lage ist, bei einem Fehlerstrom auszulösen.
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Ein
künstlich
erzeugter Fehlerstromfluss, oben schon als Prüfstrom Ip bezeichnet, wird
nun angelegt. Genauer wird auf den Prüfstrom Ip noch bei der Beschreibung
des elektrischen Stromkreise eingegangen werden.
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Der
Prüfstrom
Ip soll vorzugsweise für
einen normalen Fehlerstromschutzschalter während eines Zeitintervalls
von ca. 100 ms fließen.
Befindet sich der Fehlerstromschutzschalter im funktionierenden
Zustand, so sollte er während
dieser Zeitspanne auslösen.
Am Ende dieses Zeitintervalls, zum Zeitpunkt t3 wird der Prüfstrom beendet
und die Sicherungseinrichtung, welche auch das Relais 11 umfasst,
wird wieder aktiviert. Das Relais 11 ist nun wieder in
der Lage, auf einen auftretenden Fehlerstrom zu reagieren und die
Blockierung aufzuheben.
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Der
Benutzer kann nun überprüfen, ob
der Haltemagnet 14 und das Schaltschloss 23 des
Fehlerstromschutzschalters richtig auf den Fehlerstrom reagiert
haben.
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Ist
der Benutzer mit der Reaktion des Schaltschlosses 23 zufrieden,
so kann er das Bedienorgan des Schaltschlosses 23 zu einem
Zeitpunkt t4 wieder in Position EIN-Stellung zurückversetzen. Zu einem späteren Zeitpunkt
t5 kann er dann durch Loslassen des Tasters 4 die Blockierung
des Schaltwerks aufheben. Das Schaltwerk ist nicht mehr blockiert.
Da die Sicherungseinrichtung nun nach Aufhebung der Blockierung
nicht mehr benötigt
wird, kann sie deaktiviert werden.
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Der überprüfte Fehlerstromschutzschalter
kann nun wieder über
das Auslöseelement
des Haltemagneten 14 und des Schaltschlosses 23 bei
einem Fehlerstrom ausgelöst
werden. In 4 ist dies dargestellt. Dabei
zeigen unterschiedliche Schraffuren an, in welchem Sicherheitszustand
der dem Fehlerstromschutzschalter zugeordnete Stromkreis sich gerade
befindet.
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Vor
dem Zeitpunkt t1 und nach dem Zeitpunkt t5 befindet sich der Stromkreis
im Sicherheitszustand Z1, was bedeutet, dass der Fehlerstromschutzschalter
nicht blockiert ist und deshalb funktionsgemäß bei Auftreten eines Fehlerstromes
auslöst.
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In
den Zeitintervallen von t1 nach t2 und von t3 nach t5 liegt Sicherheitszustand
Z2 vor. Der Fehlerstromschutzschalter ist zwar blockiert, doch kann
die Blockierung über
die aktivierte Sicherheitseinrichtung sofort aufgehoben werden und
der Fehlerstromschutzschalter löst
damit gewohnheitsmäßig aus.
Die Blockierung des Fehlerstromschutzschalter während der Überprüfung des Fehlerstromschutzschalter
ist damit für
die Personen und die Einrichtungen, die sich in der Nähe der Leitungen
des Stromkreises befinden, nicht mit einem zusätzlichen Risiko verbunden.
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Nur
während
des kurzen Zeitintervalls von t2 nach t3 liegt kein Schutz vor einem
auftretenden Fehlerstrom vor. Da dieses Zeitintervall eine Dauer
von ca. 100 ms umfasst und es sehr unwahrscheinlich ist, dass während des
Prüfstromflusses
Ip ein Fehlerstrom auftritt kann dies allerdings vernachlässigt werden.
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Damit
die Sicherungseinrichtung ihre hier vorgestellte Funktion ausführen kann,
ist es erfindungsgemäß vorteilhaft
sie mit den Komponenten auszustatten, die im Weiteren hier vorgestellt
werden. Ebenso empfiehlt sich der Einbau der Komponenten in einen
Stromkreis, wie er in 5 gezeigt ist und im Folgenden
hier erläutert
wird.
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Die
Fehlerstromerkennungsschaltung 15 in 5 ist ähnlich der
Elektronik für
einen netzspannungsabhängigen
Fehlerstromschutzschalter. Diese Fehlerstromerkennungsschaltung 15 überwacht
die Spannung an der Sekundärwindung 17 des
Wandlers 16. Dazu ist die Fehlerstromerkennungsschaltung 15 mit
den beiden Enden der Sekundärwindung 17 des
Wandlers 16 verbunden. Der Wandler 16 ist mit
allen drei Leitern L1 bis L3 und mit dem Nullleiter gewohnheitsmäßig verbunden.
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Wie
die Fehlerstromerkennungsschaltung 15, so ist auch die
Schaltung 18 mit der Sekundärwindung 17 des Wandlers 16 verbunden.
In einen weiteren Stromkreis an der Schaltung 18 ist der
Haltemagnet 14 angeschlossen. Fehlerstromerkennungsschaltung 15 und
der netzspannungs-unabhängige
Anteil, die Schaltung 18 und der Haltemagnet 14, überwachen
den Fehlerstrom an der Sekundärwindung 17 des
Wandlers 16. Der Haltemagnet 14 ist so angeordnet,
dass seine Auslösung
eine Betätigung
des Schaltschlosses 23 provoziert. Bei der Auslösung des
Schaltschlosses 23 wird die Schwenkwelle 2 gedreht
und die Schaltwerke 1 der Leiter L1 bis L3 und/oder des
Nullleiters N ge schaltet. Die Wirkungsbeziehung ist über die
gestrichelte Linie zwischen dem Haltemagnet 14, dem Schaltschloss 23 und
den Schaltwerken 1 angedeutet.
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Die
Fehlerstromerkennungsschaltung 15 ist ebenfalls mit dem
Relais 11 verbunden. Über
diese Verbindung steuert die Fehlerstromerkennungsschaltung 15 bei
Blockierung des Schaltwerks und bei Auftreten eines Fehlerstrom
das Relais 11. Das Relais 11 hebt dann die Blockierung
auf. Da das Verfahren zur Aufhebung der Blockierung durch das Relais 11 schon
weiter oben beschrieben wurde, soll hier nicht näher darauf eingegangen werden.
Die gestrichelte Linie zwischen dem Taster 4, dem Relais 11 und
den Schaltwerken verdeutlicht die Wechselwirkung zwischen diesen
Komponenten.
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Ein
Auslösen
des Relais 11 ist nur dann von Sinn, wenn der Taster 4 gedrückt wurde.
Auch wenn ein Prüfstrom
durch den Wandler 16 fließt, ist ein Auslösen des
Relais 11 unerwünscht.
Um dieses Problem zu lösen,
muss eine logische Schaltung 19 die Versorgung der Fehlerstromerkennungsschaltung 15 und
den Prüfstrom
steuern. Zu diesem Zweck ist die logische Schaltung 19 über einen
Stromkreis mit der Fehlerstromerkennungsschaltung 15 verbunden.
Parallel zur logischen Schaltung ist dabei noch die LED-Diode 12 eingebaut.
Wie zuvor schon beschrieben, dient diese LED-Diode 12 dazu,
anzuzeigen, dass die Elektronik der Sicherungseinrichtung mit Strom
versorgt ist.
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Die
Funktion der logischen Schaltung 19 ist die Steuerung des
Prüfstroms
Ip und der Versorgung der Fehlerstromerkennungsschaltung 15 nach
den Eingaben des Benutzers mit dem Taster 4 und der Prüftaste 13.
Zu diesem Zweck ist die logische Schaltung 19 mit dem Taster 4 und
in einer Parallelschaltung dazu mit der Prüftaste 13 verbunden.
Sind beide Schalter geöffnet,
wurde weder Taster 4 noch die Prüftaste 13 gedrückt, so
ist die Fehlerstromerkennungsschaltung 15 nicht versorgt,
und es fließt
kein Prüfstrom.
Wird nur der Taster 4 zur Blockierung des Schaltwerks betätigt, so
ist die Fehlerstromerkennungsschaltung 15 versorgt. Wurde
nur die Prüftaste 13 gedrückt, ohne
dass zuvor der Taster 4 betätigt wurde, so fließt ein Prüfstrom ohne das
die Fehlerstromerkennungsschaltung 15 versorgt wird. Dem
Benutzer ist es damit auch möglich,
den Fehlerstromschutzschalter zu testen, ohne dass die Auslösung des
Schaltwerks blockiert wird.
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Für den Benutzer
von besonderen Interesse ist die Funktion der logischen Schaltung 19 sobald
der Taster 4 und die Prüftaste 13 betätigt wurden.
Für ein
bestimmtes Zeitintervall fließt
dann ein Prüfstrom
Ip durch den Stromkreis. Am Ende des Zeitintervalls wird dieser
Prüfstrom
Ip dann automatisch deaktiviert und die Versorgung der Fehlerstromerkennungsschaltung 15 aktiviert.
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Der
Prüfstromkreis
wird dabei mit einem elektronischen Schalter 20 gesteuert.
Der elektronische Schalter 20 lässt den Strom nur in eine Richtung
fließen.
Wie in 5 zu erkennen, ist der elektronische Schalter 20 mit
drei Stromkreiskomponenten verbunden: mit der logischen Schaltung 19,
mit dem Leiter L1, mit dem Wandler 16 über einen Prüfwiderstand 21 und
mit dem Nullleiter.
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Der über den
elektronischen Schalter 20 gesteuerte Prüfstrom Ip
ist ein Pulsstrom. Zum Testen der Reaktionsfähigkeit eines Fehlerstromschutzschalters
ist ein Prüfstrom
Ip mit einer Zeitdauer von etwa 100 ms ausreichen. Diese Zeit kann
mit dem Kondensator C2 und dem Widerstand R4 aus 6 vom
Hersteller eingestellt werden.
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In 5 sind
noch weitere Leitungen zu erkennen, die bisher noch nicht erwähnt wurden.
So ist das Relais 11 zusätzlich zur Fehlerstromerkennungsschaltung 15 noch
mit dem Leiter L1 und mit dem Nullleiter verbunden. Sowohl der Taster 4 als
auch die Prüftaste 13 sind
mit einer gemeinsamen Stromleitung mit der AC/DC-Versorgung 22 verbunden.
Die logische Schaltung 19 ist zusätzlich zu den schon beschriebenen
Verbindungen noch mit dieser gemeinsamen Verbindung von Taster 4 und
Prüftaste 13 mit
der AC/DC-Versorgung 22 verbunden und noch einmal direkt
mit der AC/DC-Versorgung 22 selbst.
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Die
AC/DC-Versorgung 22 ist wie gewöhnlich mit den Leitern L1 bis
L3 und mit dem Nullleiter verbunden.
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In
einem oberen Abschnitt wurde schon erwähnt, dass die Zeitdauer des
Prüfstroms
Ip über
einen Kondensator C2 und einen Widerstand R4 variiert werden kann.
In 6 ist der dazugehörige Stromkreis gezeigt. Die
Eingangssignale des Stromkreises (Ursache) stammen von dem Taster 4 und
der Prüftaste 13 und die
Ausgangssignale (Wirkung) sind das Signal für den elektrischen Schalter,
welcher den Prüfstrom
Ip fließen lassen
kann, und die Versorgungsspannung der Fehlerstromerkennungsschaltung 15.
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Dabei
schließt
sich an den Taster 4 und an die Prüftaste 13 je ein Stromkreis
aus je einem Widerstand R1, einem parallel dazu verlaufenden Widerstand
R mit Kondensator C1, wobei sich zwischen beiden eine Masse befindet.
Im Weiteren werden beide Stromkreise der Anschaulichkeit wegen als
Taster 4-Stromkreis und als Prüftaster
13-Stromkreis bezeichnet werden.
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Der
Prüftaster
13-Stromkreis ist einmal direkt mit einem Eingang eines NXOR-Gatters
NXOR1 verbunden. Daneben ist der Prüftaster 13-Stromkreis mit beiden
Eingängen
eines NAND-Gatters NAND1 und mit einem Eingang des NAND-Gatters
NAND4 verbunden. Der Taster 4-Stromkreis ist mit dem anderen Eingang
des NAND-Gatters NAND4 und mit einem Eingang des NAND-Gatters NAND2
verbunden. Mit dem anderen Eingang des NAND-Gatters NAND2 ist der
Ausgang des NAND-Gatters NAND1 verbunden. Der Ausgang des NAND-Gatters
NAND2 ist wiederum mit beiden Eingängen des NAND-Gatters NAND3
verbunden. Der Ausgang des NAND-Gatters NAND3 ist dann mit einem
Eingang des NXOR-Gatters NXOR2 verbunden.
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Der
Ausgang des NAND-Gatters NAND4 ist erst mit einer Diode D1, dann
mit einem Widerstand R3 und dann, über eine Parallelverbindung
mit einem Kondensator C2, einem Widerstand R4 und einer dazwischen
angeordneten Masse, mit dem zweiten Eingang des NXOR-Gatters NXOR1
und mit dem zweiten Eingang des NXOR-Gatters NXOR2 verbunden.
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Mit
dieser Schaltung lässt
sich die folgende Funktion realisieren:
Bei folgenden Schalterstellungen
(Ursachen) bleiben die Wirkungen zeitlich konstant:
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Diese
Schalterstellung führt
zu einer zeitlichen Änderung
der Wirkungen nach einer gewissen Zeitspanne (ca 100 ms):
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Über den
Kondensator C2 und den Widerstand R4 lässt sich die zeitliche Dauer
des Prüfstroms
steuern. Über
eine Variierung des Kondensators C2 und/oder des Widerstands R4
lässt sich
auch dieses Zeitintervall variieren. Dieses Verfahren bietet zusätzliche
Anwendungsmöglichkeiten.
So ließe
sich beispielsweise die Pulsstromempfindlichkeit und die Auslösegeschwindigkeit
des Fehlerstromschutzschalters überprüfen. Dazu wird
ein Prüfstrom
erzeugt, der nur für
eine bestimmte Zeit in ms fließt.
Je geringer die Zeit, in welcher der Fehlerstromschutzschalter auslösbar ist,
desto größer die
Pulsstromempfindlichkeit und die Auslösegeschwindigkeit. Falls die
Werte des Kondensators C2 und/oder des Widerstands R4 einstellbar
sind, hat der Benutzer damit neue Möglichkeiten, seinen Fehlerstromschutzschalter
zu überprüfen.
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Weitere
Vorteile der hier vorgestellten Sicherungsvorrichtung und des hier
vorgestellten Verfahren sind:
- – die in
den Geräte-Normen
geforderte Grundfunktion der Prüfeinrichtung
bleiben erhalten;
- – die
nachträgliche
relativ preiswerte Integrierbarkeit in ein bestehendes Gerätkonzept;
- – die
Lösung
kann auch in einem Schutzschalter mit Selbstüberwachung verwendet werden;
- – die
Prüfung
des Geräts
wird verbessert.
