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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines Selbsttests durch eine Fehlerstromschutzeinrichtung wie etwa einen Fehlerstromschutzschalter, wobei die Fehlerstromschutzeinrichtung einsatzbereit sein soll, also mit Stromleitungen gekoppelt ist, damit in einem geschlossenen Stromkreis Strom über die Fehlerstromschutzeinrichtung fließt. Die Erfindung betrifft auch eine Fehlerstromschutzeinrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
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Zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Fehlerstromschutzschalters verfügten diese bisher über eine Prüftaste. Es war die Aufgabe von Bedienpersonal, regelmäßig durch Betätigung der Prüftaste einen Funktionstest am Fehlerstromschutzschalter durchzuführen.
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Da es möglich ist, dass das Bedienpersonal das Durchführen eines Funktionstests vergisst, wurden Fehlerstromschutzschalter bereitgestellt, die einen Selbsttest durchführen. Es sind am Markt Fehlerstromschutzschalter bekannt, die über die Fähigkeit zum Durchführen eines Selbsttests verfügen. Hierbei legt eine Zeitsteuerung die Zeitpunkte fest, wann der Selbsttest durchgeführt wird.
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Beispielsweise sind aus der Patentschrift
DE 195 29 474 C1 ein Verfahren sowie eine Anordnung zur automatischen Überwachung von Fehlerstromschutzschaltern, die jeweils einen Summenstromwandler, einen Auslöser und ein Schaltschloss aufweisen, bekannt. Dabei wird eine Folge von Prüfimpulsen aus einer steuerbaren Konstantstromquelle in vorbestimmten Stufen mit zunehmender Höhe in den Summenstromwandler eingespeist. Zugleich wird die Spule des Auslösers auf das Auftreten eines Induktionsimpulses hin überwacht, der beim Abheben des Ankers des Auslösers aus seiner einen Endlage auftritt. Der beim Auftreten des Induktionsimpulses vorhandene Wert des eingespeisten Konstantstroms wird mit einem der einwandfreien Arbeitsweise des Fehlerstromschutzschalters zugeordneten Wert zur Fehlererkennung verglichen.
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Werden Selbsttests durchgeführt, wenn gerade hohe Ströme über die im Fehlerstromschutzschalter zu öffnenden Kontakte fließen, kommt es zu einem starken so genannten Kontaktabbrand, es wird also Material von den Kontaktelementen abgetragen. Dadurch verringert sich die Lebensdauer des Geräts. Das gilt insbesondere bei Ausführungen, bei denen die zu öffnenden Hauptkontakte nicht durch einen Parallelzweig entlastet werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie die Lebensdauer einer Fehlerstromschutzeinrichtung mit der Fähigkeit zum Durchführen eines Selbsttests erhöht werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und eine Fehlerstromschutzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 4 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ermittelt, ob die Stromstärke des über zumindest einen Teil der Stromleitungen jeweils fließenden Stroms nach einem vorbestimmten Kriterium mit einem Selbsttest kompatibel ist. Ein Zeitpunkt für den Selbsttest wird unter Berücksichtigung des Ergebnisses des Ermittelns festgelegt.
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Das Ermitteln kann insbesondere wiederholt erfolgen und bei Erfüllsein des Kriteriums sofort ein Selbsttest durchgeführt werden.
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Bei einer Verfeinerung dieser Ausführungsform wird durch eine Zeitsteuerung festgelegt, wann der Schritt des Ermittelns durchgeführt wird: Dies kann nämlich nach Ablauf eines vorbestimmten Abfragezeitintervalls seit dem letzten Selbsttest oder zu einem vorbestimmten Zeitpunkt (festgelegt beispielsweise als bestimmte Tageszeit, zu der eine niedrige Belastung des Fehlerstromschutzschalter erwartet wird und ein Selbsttest sinnvoller Weise durchgeführt wird) erfolgen. Falls das Ergebnis des Ermittelns positiv ist, wird der Selbsttest durchgeführt. Sonst wird das Ermitteln fortgesetzt beziehungsweise wiederholt. Das Ermitteln wird bei einer Alternative solange fortgesetzt beziehungsweise so oft wiederholt, bis irgendwann das vorbestimmte Kriterium erfüllt ist. Bei einer anderen Alternative wird das Ermitteln solange fortgeführt beziehungsweise so oft wiederholt, bis entweder das vorbestimmte Kriterium erfüllt ist oder eine vorbestimmte Zeitspanne seit dem letzten Selbsttest (und somit seit dem ersten Ermitteln) verstrichen ist oder bei Orientierung an der Tageszeit ein vorbestimmter weiterer Zeitpunkt erreicht ist, und dann der Selbsttest durchgeführt wird.
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Da lediglich eine binäre Information nötig ist, nämlich ob ein Selbsttest sinnvoller Weise durchgeführt wird, ohne dass starker Kontaktabbrand auftritt, oder ob wegen des möglichen starken Kontaktabbrands von einem Selbsttest abgesehen werden soll, kann eine geeignete, lediglich ein entsprechendes binäres Signal ausgebende Einheit verwendet werden.
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Bei einer Mehrzahl von Stromleitungen, an denen der Strom gemessen wird und bei Verwendung eines diesbezüglichen komplexeren Kriteriums, und auch dann, wenn man differenziert arbeiten möchte, kann beim Schritt des Ermittelns die jeweilige Stromstärke durch die zu den vermessenden Teil der Stromleitungen gehörenden Stromleitungen gemessen werden. Zum Ableiten der binären Information, ob diese Stromstärken selbsttestkompatibel sind, kann ein geeignetes Schwellwertkriterium verwendet werden. Bei Messung mehrerer Stromstärken an mehreren Stromleitungen kann eine Vektorschar mit Schwellwerten als Einträgen in den Vektoren bereitgestellt sein, also ermittelt werden, ob eine Schwellwertkurve oder Schwellwertfläche in einem höherdimensionalen Raum überschritten oder unterschritten wird. Wird nur eine Stromstärke als Kriterium herangezogen, kann ein einziger Schwellwert verwendet werden, mit dem die Stromstärke verglichen wird.
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Die erfindungsgemäße Fehlerstromschutzeinrichtung weist Mittel zum Durchführen eines Selbsttests auf sowie Mittel zum Ermitteln, ob die Stromstärke des durch einen mit dem Fehlerstromschutzschalter gekoppelte Stromleitung fließenden Stroms mit einem Selbsttest kompatibel ist. Die Mittel zum Ermitteln sind mit den Mitteln zum Durchführen gekoppelt. Auf diese Weise lässt sich durch die Mittel zum Durchführen eines Selbsttest entscheiden, ob beziehungsweise wann ein Selbsttest durchgeführt wird.
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Eine derartige Entscheidung kann insbesondere durch eine Steuereinheit zum Bewirken eines Selbsttests getroffen werden, und diese kann zugleich die Aufgabe des Ermittelns zum Teil übernehmen, wenn ihr eine entsprechende Messinformation zugeführt wird. So können Mittel zum Messen einer Stromstärke des durch die Stromleitung fließenden Stroms und zum Senden von eine diesbezüglichen Information enthaltenden Signalen an die Steuereinheit vorgesehen sein. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit noch einen Taktgeber oder ist mit einem solchen gekoppelt. Dann kann die Steuereinheit die entsprechende Entscheidung zum Bewirken der Durchführung eines Selbsttests gleichermaßen vom Taktgeber erzeugten Signal und von den Mitteln zum Messen erzeugten Signalen abhängig machen.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der
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1 schematisch einen Fehlerstromschutzschalter als erfindungsgemäße Fehlerstromschutzeinrichtung veranschaulicht und
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2 schematisch das durch den Fehlerstromschutzschalter gemäß 1 durchführbare erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht.
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Herzstück eines in 1 gezeigten und im Ganzen mit 10 bezeichneten Fehlerstromschutzschalters ist ein herkömmlicher Fehlerstromschutzschalter 12. Ein Fehlerstromschutzschalter kann in ein Leitungssystem eingebaut werden, wird also an paarweise bereitgestellten Anschlüssen mittels Stromleitungen verbunden, wobei beispielsweise ein Anschluss 14 eines Anschlusspaars einer Stromleitung an einer ersten Seite verbunden ist und ein Anschluss 16a beziehungsweise 16b mit einer Stromleitung an einer zweiten Seite verbunden ist, und wobei in dem Fehlerstromschutzschalter die Anschlusspaare 14 und 16a beziehungsweise 16b intern über eine Leitung 18 miteinander verbunden sind. Kennzeichen des Fehlerstromschutzschalters ist, dass in der Leitung 18 ein Schalter 20 angeordnet ist, über den die Verbindung zwischen den Anschlüssen 14 und 16a beziehungsweise 16b unterbrochen werden kann. Vorliegend ist die Ausführungsform eines Fehlerstromschutzschalters für ein zweipoliges System gezeigt. Die Erfindung ist auch auf Fehlerstromschutzschalter für vierpolige Systeme mit drei Phasenleitungen und einem Nullleiter einsetzbar. Vorliegend gibt es neben den bereits erwähnten Elementen 14, 16a und 16b und 18 für den zweiten Pol die entsprechenden, in der 1 mit einem Strich versehenen Elemente.
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Die Leitungen 18 und 18' werden über einen beziehungsweise durch einen so genannten Summenstromwandler 22 geführt. Dieser ist in der 1 nur schematisch dargestellt. Vorliegend soll seine Bauweise und Verschaltung die eines herkömmlichen Summenstromwandlers, der bei einem Fehlerstromschutzschalter eingesetzt wird, sein:
Die Leitungen 18 und 18' werden so an einer Primärseite durch den Summenstromwandler 22 geführt, dass an einer Sekundärseite ein Magnetfeld detektiert wird, sobald ein Fehlerstrom auftritt. Tritt kein Fehlerstrom auf, so fließt durch die Leitung 18 ein Strom in eine erste Richtung und durch die Leitung 18' in die entgegen gesetzte Richtung. Die durch diese Ströme im Summenstromwandler 22 bereit gestellten Magnetfelder gleichen sich so aus, dass an der Sekundärseite kein Magnetfeld erfasst wird. Tritt ein Summenstrom auf, so ist der Strom durch eine der beiden Leitungen 18 und 18' größer als der durch die andere der beiden Leitungen. Dann wird auf der Sekundärseite ein Magnetfeld bereitgestellt, das in einer sekundärseitigen Leitung einen Strom induziert, und dieser wird durch eine Auswerteeinheit 24 erfasst. Die Auswerteeinheit 24 wirkt auf eine Schaltmechanik 26 ein, über die die Schalter 20, 22' geöffnet werden, wenn die Auswerteeinheit erfasst hat, dass ein Fehlerstrom fließt. Herkömmliche Fehlerstromschutzschalter weisen einen manuellen Prüfkreis auf, der vorliegend in 1 gezeichnet ist, auch wenn dieser bei dem erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter nicht erforderlich ist. Der Prüfkreis weist eine Leitung 28 auf, welche die Leitungen 18 und 18' bei geschlossenen Schaltern 20 und 20' miteinender verbinden kann. Um eine solche Verbindung herzustellen, wird eine Prüftaste betätigt, die einen Schalter 30 in der Leitung 28 schließt. Durch das Element 32 sind weitere Elemente des Prüfkreises symbolisiert, die vorliegend nicht beschrieben werden sollen. Fließt ein Strom von der Leitung 18 zu der Leitung 18' unter Umgehung des Summenstromschalters bei geschlossenen Schalter 30, so reagiert der Summenstromschalter 22 so, als flösse ein Fehlerstrom. Entsprechend reagiert die Auswerteeinheit 24 und bewirkt über die Schaltmechanik 26 das Öffnen der Schalter 20 und 20'.
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Der erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschalter umfasst nun eine Selbsttesteinheit 34 als Teil einer Steuereinheit 36. Diese Selbsttesteinheit 34 soll dieselbe Aufgabe erfüllen, die sonst die manuelle Prüfung hat: Der Fehlerstromschutzschalter soll auf seine Funktionsfähigkeit überprüft werden. Die Selbsttesteinheit 34 entlastet das Bedienpersonal davon, regelmäßig eine Überprüfung durchzuführen. Stattdessen verfügt die Steuereinheit 36 über eine Zeitsteuerung 38, die die Selbsttesteinheit 34 dazu bringt, einen Selbsttest durchzuführen. Die Selbsttesteinheit 34 kann in Analogie zur Leitung 28 mit dem Schalter 30 das Fließen eines Stroms um den Summenstromwandler 22 herum bewirken, so dass dieser reagiert, als flösse ein Fehlerstrom. Die Selbsttesteinheit 34 kann jedoch auch ausschließlich auf die Sekundärseite des Summenstromwandlers und damit unmittelbar auf die Auswerteeinheit 24 einwirken. Die Zeitsteuerung 38 bewirkt nun, dass die Selbsttesteinheit 34 zu vorbestimmten Zeiten aktiv wird. Beispielsweise kann in vorbestimmten Zeitintervallen ein Selbsttest durchgeführt werden. Genauso kann auch zu bestimmten Tageszeiten ein Selbsttest durchgeführt werden.
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Es hat sich nun erwiesen, dass es nicht vorteilhaft ist, wenn die Selbsttesteinheit unabhängig vom Betriebszustand des Gesamtsystems einen Selbsttest durchführt:
Werden die Schalter 20 und 20' aufgrund der Durchführung eines Selbsttests geschlossen, wenn gerade hohe Ströme durch die Leitungen 18 und 18' fließen, kann es an den Schaltern 20 und 20' beziehungsweise den zu den Schaltern gehörenden Kontaktelementen zu einem Kontaktabbrand kommen.
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Aus diesem Grund wird der herkömmliche Fehlerstromschutzschalter 12, der um die Steuereinheit 36 erweitert ist, um weitere Mittel erweitert, nämlich Mittel zum Messen der Stromstärke durch die Leitungen 18 und 18' beziehungsweise der mit diesen gekoppelten Leitungen:
Diese Mittel sind in 1 mit 40 bezeichnet.
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Es sind Widerstände 42, 42' bereitgestellt, über die der Strom fließt, der auch durch die Leitungen 18 und 18' fließt. Entsprechende Leitungsabschnitte 44 und 44' können Teil des erweiterten Fehlerstromschutzschalters 10 sein, so dass dieser über äußere Anschlüsse 16b und 16'b angeschlossen wird, die Leitungen 44 und 44' können jedoch auch abweichend von 1 außerhalb des eigentlichen Fehlerstromschutzschalters angeordnete Leitungen sein, die lediglich mit dem Fehlerstromschutzschalter gekoppelt sind, und dann wären die äußeren Anschlüsse des Fehlerstromschutzschalters die Anschlüsse 16a und 16'a. Es wird nun durch eine Spannungsmesseinheit 46 die an den Widerständen 42 und 42' jeweils abfallende Spannung gemessen. Bei bekannten Werten für die Widerstände kann auf die Stromstärken des durch die Leitungsabschnitte 44 und 44' fließenden Stroms und damit des über die Leitungen 18 und 18' fließenden Stroms zurück geschlossen werden. An Stelle der Verwendung von Widerständen 42 und 42' kann die Stromstärke auch induktiv gemessen werden.
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Die gemessenen Werte werden nun von der Spannungsmesseinheit 46 der Steuereinheit 36 zugeführt, nämlich einer dort vorhandenen Entscheidungseinheit 48. In der nachfolgend unter Bezug auf 2 geschilderten Weise wird in der Entscheidungseinheit 48 festgelegt, ob und wann ein Selbsttest durchgeführt wird. Die Selbsttesteinheit 34 bewirkt dann das Durchführen des Selbsttests zum festgelegten Zeitpunkt. Nach dem Selbsttest sorgt eine Wiedereinschaltvorrichtung 50 dafür, dass die Kontakte 20 und 20' wieder geschlossen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Ausführungsform nun unter Bezug auf 2 beschrieben:
Die Zeitsteuerung 38, auch als „Zeiterfassung” bezeichenbar, ermittelt in Schritt S10, der ständig oder wiederholt durchgeführt wird, ob ein Abfragezeitintervall abgelaufen ist. Es kann sich darum handeln, ob eine vorbestimmte Zeit seit dem letzten Selbsttest verstrichen ist, oder ob ab einer bestimmten Uhrzeit ein Abfragezeitintervall abgelaufen ist, also ob eine vorbestimmte Uhrzeit gilt. Gleichzeitig kann ständig der Messkreis 40 (Mittel zum Messen) aktiv sein. Eine Aktivierung des Messkreises 40 kann auch direkt erfolgen, wenn das Abfragezeitintervall abgelaufen ist. Es wird nun gemäß Schritt S12 geprüft, ob ein lastarmer Zustand herrscht, also in dem Stromnetz gerade hohe Lasten angeschlossen sind und somit ein hoher Strom über die Leitungen 18, 44 beziehungsweise und 18', 44' fließt. Wird diese Frage genau wie die nach dem Abgelaufensein des Zeitintervalls mit „Ja” beantwortet, kann eine gemäß Schritt S14 vorgenommene Abfrage mit „und”-Verknüpfung mit „Ja” beantwortet werden. Bei einem Anschluss für eine „oder”-Abfrage in Schritt S16 bewirkt das „Ja” die Weitergabe eines „Ja”, und es wird gemäß Schritt S18 durch die Selbsttesteinheit 34 ein Selbsttest durchgeführt. Der „oder”-Abfrage ist auch ein zweiter Eingang zugeordnet, und zwar wird in Schritt S20 überprüft, ob ein maximales Zeitintervall abgelaufen ist:
Es könnte ja sein, dass der Messkreis 40 dauerhaft das Fließen eines als zu groß angesehenen Stroms ermittelt, so dass der Ausgang der „und”-Abfrage in Schritt S14 auch ständig mit „Nein” beantwortet wird. Dann würde an sich kein Selbsttest durchgeführt werden. Damit es nicht zum dauerhaften Unterlassen eines Selbsttests kommt, wird ein maximales Zeitintervall definiert, nämlich seit dem letzten Selbsttest. Das Zeitintervall kann sich auch auf einen vorbestimmte Uhrzeit beziehen, so dass durch die Festlegung des maximalen Zeitintervalls eine zweite Uhrzeit festgelegt ist, und wenn diese erreicht ist, sollte spätestens der Selbsttest durchgeführt sein. Wird im Schritt S20 die Frage nach dem Abgelaufensein des maximalen Zeitintervalls mit „Ja” beantwortet, so wird bei der „oder”-Abfrage gemäß Schritt S16 auch ein „Ja” weitergeleitet, so dass der Selbsttest gemäß Schritt S18 durchgeführt wird.
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Die Antwort auf die Frage in Schritt S12 bestimmt den Zeitpunkt für die Durchführung des Selbsttests:
Nach Abgelaufensein des Abfragezeitintervalls wird der Selbsttest erst durchgeführt, wenn die Antwort „Ja” lautet. Ein Ende hat das Bestehen dieses Zusammenhangs lediglich, wenn das maximale Zeitintervall abgelaufen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fehlerstromschutzschalter
- 12
- herkömmlicher Fehlerstromschutzschalter
- 14, 16a, 16a', 16b, 16b'
- Anschluss
- 18, 18', 28
- Leitung
- 20, 20', 30
- Schalter
- 22
- Summenstromwandler
- 24
- Auswerteeinheit
- 26
- Schaltmechanik
- 32
- Element
- 34
- Selbsttesteinheit
- 36
- Steuereinheit
- 38
- Zeitsteuerung
- 40
- Messkreis
- 42, 42'
- Widerstand
- 44, 44'
- Leitungsabschnitt
- 46
- Spannungsmesseinheit
- 48
- Entscheidungseinheit
- 50
- Wiedereinschaltvorrichtung
- S10, S12, S14, S16, S18, S20
- Schritte
