DE102013105312A1

DE102013105312A1 - Fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: DE102013105312A1
Application number: DE102013105312.2A
Authority: DE
Inventors: Georg Ritzinger
Original assignee: Eaton Industries Austria GmbH
Current assignee: Eaton Industries Austria GmbH
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-11-27
Also published as: WO2014187952A1

Abstract

Bei einem Fehlerstromschutzschalter (1) mit einem Summenstromwandler (2), welcher Primärwicklungen (3) sowie eine Sekundärwicklung (4) aufweist, wobei die Sekundärwicklung (4) mittels einer ersten schaltungstechnischen Verbindung (24) mit einer netzspannungsunabhängigen Auslöseelektronik (5) verbunden ist, wird vorgeschlagen, dass in der ersten schaltungstechnischen Verbindung (24) eine Überspannungsschutzvorrichtung (25) umfassend eine Crowbar-Schaltung angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es sind Fehlerstromschutzschalter bekannt, welche Überspannungsschutzelemente aufweisen, welche als Dioden bzw. als Varistor ausgebildet sind. Diese haben sich teilweise als untauglich herausgestellt, die elektronischen Bauteile eines Fehlerstromschutzschalters sicher vor den Auswirkungen hoher Spannungen zu schützen, sodass es zu Ausfällen derartig ausgebildeter Fehlerstromschutzschalter kommen kann, wodurch es zu einer Gefährdung von Menschen und Anlagen kommt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welchem die sichere Funktion desselben unterstützt werden kann, und ein Ausfall aufgrund von Überspannungen vermieden werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. Dadurch kann ein Ausfall des Fehlerstromschutzschalters aufgrund von Überspannungen vermieden werden. Dadurch kann ein wirkungsvoller Schutz nachgeschalteter elektronischer Baugruppen gegen die Auswirkungen von Überspannungen erzielt werden.
Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossene Figur, in welcher lediglich eine bevorzugte Ausführungsform eines Fehlerstromschutzschalters beispielhaft als Blockschaltbild dargestellt ist, näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen Fehlerstromschutzschalter 1 mit einem Summenstromwandler 2, welcher Primärwicklungen 3 sowie eine Sekundärwicklung 4 aufweist, wobei die Sekundärwicklung 4 mittels einer ersten schaltungstechnischen Verbindung 24 mit einer netzspannungsunabhängigen Auslöseelektronik 5 verbunden ist, wobei in der ersten schaltungstechnischen Verbindung 24 eine Überspannungsschutzvorrichtung 25 umfassend eine Crowbar-Schaltung angeordnet ist.
Dadurch kann ein Ausfall des Fehlerstromschutzschalters 1 aufgrund von Überspannungen vermieden werden. Dadurch kann ein wirkungsvoller Schutz nachgeschalteter elektronischer Baugruppen gegen die Auswirkungen von Überspannungen erzielt werden.
Der gegenständliche Fehlerstromschutzschalter 1 weist einen Summenstromwandler 2 auf, welcher einen Kern aufweist, insbesondere einen Ringbandkern. Dieser Kern weist eine Öffnung auf, durch welche die Primärwicklungen 3 geführt sind. Die Bezeichnung Primärwicklung 3 schließt dabei auch ein, dass die betreffenden Leiter, die jeweils in Anschlussklemmen des Fehlerstromschutzschalters 1 münden, lediglich durch die Öffnung hindurchgeführt sind, ohne den Querschnitt des Kerns zu umfassen. Es ist vorgesehen an die betreffenden Anschlussklemmen des Fehlerstromschutzschalters 1 die Netzleiter, etwa einen Neutralleiter und einen Außenleiter, anzuschließen, wobei auch dreipolige oder vierpolige Ausführungen des gegenständlichen Fehlerstromschutzschalters 1 vorgesehen sein können.
Auf dem Summenstromwandler 2 sind weiters eine Sekundärwicklung 4 und vorzugsweise eine Tertiärwicklung 6 angeordnet, welche dabei typischerweise um den Querschnitt des Kerns gewickelt sind.
Der gegenständliche Fehlerstromschutzschalter 1 weist eine netzspannungsunabhängige Auslöseelektronik 5 sowie vorzugsweise weiters eine netzspannungsabhängige Auslöseelektronik 7 auf, gemäß der dargestellten Ausführungsform.
Die netzspannungsunabhängige Auslöseelektronik 5 ist mittels einer ersten schaltungstechnischen Verbindung mit der Sekundärwicklung 4 verbunden bzw. kontaktiert, und kann entsprechend den bekannten Ausführungsformen entsprechender netzspannungsunabhängiger Auslöseelektroniken 5 ausgeführt sind, wobei insbesondere die Ausbildung selbiger umfassend eine Energiespeicherschaltung sowie eine dieser nachgeschaltete Komparatorschaltung vorgesehen ist.
Die gemäß der bevorzugten Ausführungsform vorgesehene netzspannungsabhängige Auslöseelektronik 7 ist mit der Tertiärwicklung 6 schaltungstechnisch mittels einer zweiten schaltungstechnischen Verbindung 26 verbunden bzw. kontaktiert. Die netzspannungsabhängige Auslöseelektronik 7 weist dabei bevorzugt eine digitale Signalverarbeitungseinheit auf, welche etwa als Mikrocomputer bzw. Mikrocontroller ausgebildet ist.
Gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der ersten schaltungstechnischen Verbindung 24 ein erster Schalter 17, und in der zweiten schaltungstechnischen Verbindung 26 ein zweiter Schalter 16, angeordnet sind, welche Teil bzw. Schaltstrecken eines Photo-MOS-Relais 10 sind. Dabei handelt es sich um ein und dasselbe Photo-MOS-Relais 10, wie durch die strich-punktierte Verbindungslinie in der Figur verdeutlicht wird, sodass bei jeder Betätigung des Photo-MOS-Relais 10 jeweils beide Schalstrecken geschaltet werden.
Der zweite Schalter 16, welcher in der zweiten schaltungstechnischen Verbindung zwischen der Tertiärwicklung 6 und der netzspannungsabhängigen Auslöseelektronik 7 angeordnet ist, ist als sog. Schließer ausgebildet, und der erste Schalter 17, welcher in der ersten schaltungstechnischen Verbindung 24 zwischen der Sekundärwicklung 4 und der netzspannungsunabhängigen Auslöseelektronik 5 angeordnet ist, ist als sog. Öffner ausgebildet. Der Begriff „Schließer“ bedeutet dabei, dass das betreffende Photo-MOS-Relais 10 bei einer Ansteuerung und nur während einer solchen Ansteuerung den betreffenden zweiten Schalter 16 schließt bzw. geschlossen hält, und sofern keine entsprechende Ansteuerung erfolgt, der betreffende zweiten Schalter 16 nicht geschlossen ist, und daher keine leitende Verbindung über diesen zweiten Schalter 16 besteht. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Schalter 16 durch ein zeitlich andauerndes High-Signal angesteuert wird. Der Begriff „Öffner“ ist entsprechend auszulegen.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das Photo-MOS-Relais 10 von der netzspannungsabhängigen Auslöseelektronik 7 angesteuert wird, wenn diese wie vorgesehen funktioniert. Sobald es zu einer abweichenden Funktion der netzspannungsabhängigen Auslöseelektronik 7 kommt, steuert diese nicht mehr in der vorgesehenen Weise das Photo-MOS-Relais 10 an, und die netzspannungsabhängige Auslöseelektronik 7 wird von der Tertiärwicklung 6 getrennt und die netzspannungsunabhängige Auslöseelektronik 5 wird mit der Sekundärwicklung 4 kontaktiert. Die Verwendung eines Photo-MOS-Relais 10 weist den Vorteil einer galvanischen Trennung der einzelnen Schaltkreise auf, wodurch die ordnungsgemäße Funktion der unterschiedlichen Schaltkreise des Fehlerstromschutzschalters 1 vorteilhaft unterstützt wird.
Die Sekundärwicklung 4 ist zur Ansteuerung der netzspannungsunabhängigen Auslöseelektronik 5 vorgesehen, und weist daher in der Regel eine wesentlich höhere Windungszahl als die Tertiärwicklung 6 auf. Typische Werte für die Wicklungszahl der Tertiärwicklung 6 sind etwa 20 bis 30 Windungen um den Kern des Summenstromwandlers 2, wohingegen die Sekundärwicklung 4 typischer Weise zwischen 1000 und 1500 Windungen um den Kern des Summenstromwandlers 2 aufweist. Durch die hohe Windungszahl der Sekundärwicklung 4 kommt es beim Auftreten hoher Ströme auf den Primärleitern 3 zu hohen Strömen bzw. Spannungen vor allem in der Sekundärwicklung 4.
Es ist vorgesehen, dass in der ersten schaltungstechnischen Verbindung 24 eine Überspannungsschutzvorrichtung 25 umfassend eine Crowbar-Schaltung angeordnet ist. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Crowbar-Schaltung eine Zener-Diode aufweist, wodurch ein hinsichtlich der Durchschaltspannung sehr präziser Schutz gegen Überspannungen erzielt werden kann.
Insbesondere in Verbindung mit dem in der ersten Verbindungsleitung bevorzugt vorgesehenen Photo-MOS-Relais 10 ist die bevorzugte Ausbildung der Überspannungsschutzvorrichtung 25 vorteilhaft, da die in der Sekundärwicklung 4 möglicherweise auftretenden und durch den Fehlerstromschutzschalter 1 bewältigbaren Spannungen nahe an die von einem Photo-MOS-Relais 10 bewältigbare Isolationsspannung heranreichen. Durch die bevorzugte Ausbildung der Überspannungsschutzvorrichtung 25 kann ein sicherer Betrieb des Photo-MOS-Relais 10 erreicht werden, und gleichzeitig gewährleistet werden, dass die Überspannungsschutzvorrichtung 25 nicht bereits bei zu geringen Spannungen durchschaltet, und diese an der netzspannungsunabhängigen Auslöseelektronik 5 vorbei kurzschließt.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Überspannungsschutzvorrichtung 25 als Sidactor 27 ausgebildet ist, wodurch eine einfache Implementierung und ein einfacher Aufbau gewährleistet sind. Es kann auch vorgesehen sein, die Überspannungsschutzvorrichtung 25 als TRISIL oder TISP auszubilden.
Der gegenständliche Fehlerstromschutzschalter 1 weist zudem vorzugsweise weitere nicht dargestellte Baugruppen, wie etwa ein Auslöserelais oder ein Netzteil auf.

Claims

Fehlerstromschutzschalter (1) mit einem Summenstromwandler (2), welcher Primärwicklungen (3) sowie eine Sekundärwicklung (4) aufweist, wobei die Sekundärwicklung (4) mittels einer ersten schaltungstechnischen Verbindung (24) mit einer netzspannungsunabhängigen Auslöseelektronik (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten schaltungstechnischen Verbindung (24) eine Überspannungsschutzvorrichtung (25) umfassend eine Crowbar-Schaltung angeordnet ist.
Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Crowbar-Schaltung eine Zener-Diode aufweist.
Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannungsschutzvorrichtung (25) als Sidactor (27) ausgebildet ist.
Fehlerstromschutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten schaltungstechnischen Verbindung (24) zwischen der Überspannungsschutzvorrichtung (25) und der netzspannungsunabhängigen Auslöseelektronik (5) ein erster Schalter (17) eines Photo-MOS-Relais (10) angeordnet ist.
Fehlerstromschutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Summenstromwandler (2) eine Tertiärwicklung (6) aufweist, wobei die Tertiärwicklung (6) mittels einer zweiten schaltungstechnischen Verbindung (26) mit einer netzspannungsabhängigen Auslöseelektronik (7) verbunden ist.
Fehlerstromschutzschalter (1) nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten schaltungstechnischen Verbindung (26) ein zweiter Schalter (16) des Photo-MOS-Relais (10) angeordnet ist.