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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten elektrischen Leitungselement, einer Lichtbogenerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Lichtbogens in Reihe zu dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Leitungselement oder eines Lichtbogens parallel zu dem ersten und/oder zweiten elektrischen Leitungselement und zum Ansteuern einer Schalteinrichtung, die zum Löschen des Lichtbogens ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Lichtbogen. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltungsanordnung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung.
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Bei Gebäudeinstallationssystemen können durch Isolationsfehler, Beschädigungen, Leitungsbrüche und/oder lose Kontaktverbindungen Fehlerlichtbögen entstehen. Solche Fehlerlichtbögen können einen Brand zur Folge haben. Um dies zu vermeiden, werden Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen verwendet. Diese Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen werden im Englischen auch als „Arc Fault Detection Device (AFDD)” und im nordamerikanischen Raum als „Arc Fault Circuit Interrupter (AFCI)” bezeichnet. Zudem werden die Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen auch als Brandschutzschalter bezeichnet. Die Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen, die beispielsweise in einem Elektroinstallations-Verteiler angeordnet sind, können einen Lichtbogen erfassen und den Stromkreis entsprechend trennen.
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Das Funktionsprinzip einer solchen Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung ist beispielsweise in den Druckschriften
US 5,729,145 A ,
US 7,368,918 B2 ,
US 7,463,037 B2 und
US 7,492,163 B2 beschrieben. Der Störlichtbogen wird anhand einer Zeitsynchronisation zwischen dem Laststrom und der Leistung eines breitbandigen Rauschsignals, das von dem Lichtbogen erzeugt wird, erkannt. Das Rauschsignal kann dabei in einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 30 MHz erfasst werden.
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Die Grundvoraussetzungen für eine Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung sind darüber hinaus in dem Standard IEC 62606 beschrieben. Die Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung soll dazu ausgebildet sein, einen Lichtbogen in Serie zu verschiedenen elektrischen Lasten erfassen zu können. Hierbei sind auch kombinierte Tests zur Auslösung vorgesehen, wenn eine störende Last parallel zu einem fehlerhaften Zweig mit Energie versorgt wird. Hierbei sind maximal zwei Lasten, die fehlerhaft Last und die störende Last, vorgesehen. Nur der Gesamtstrom der einzelnen Zweige ist begrenzt.
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In realen Anwendungen ist die Anzahl der Last beinahe unbegrenzt. Die gesamte Schaltung, die geschützt werden soll, kann verschiedene Verbraucher aufweisen, die elektrisch in Reihe und/oder parallel angeordnet sind. Die aufwendige Verdrahtung der Schaltung und die Impedanz der Last können in schlimmsten Fall zu einer übermäßigen Dämpfung der charakteristischen Signale des Störlichtbogens, beispielsweise des hochfrequenten Rauschens des Lichtbogens, führen. Des Weiteren können die Signale durch Störsignale, die z. B. von der Stromversorgung stammen, überlagert werden. Die Folgen dieses Problems sind eine höhere Wahrscheinlichkeit von Fehlauslösungen und eine geringere Erkennungsrate in Schaltungen mit einer komplexen Verkabelung.
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Seit jüngster Zeit sind Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen für den Verteilerbau am Markt erhältlich. Damit lassen sich Stromkreise vor möglichen Bränden, verursacht durch serielle oder parallele Fehlerlichtbögen, mit hoher Zuverlässigkeit schützen. Dies bietet sich insbesondere für Neuinstallationen als geeignete Maßnahme an. Besteht aber der Wunsch, in vorhandenen Installationen für bestimmte Verbrauchsmittel einen entsprechenden Schutz zu realisieren, ist dies nur mit erhöhtem Installationsaufwand möglich. Erhöhte Risiken bestehen insbesondere für elektrische Verbraucher, die längere Zeit unbeaufsichtigt und gegebenenfalls über Nacht betrieben werden. Solche elektrischen Verbraucher können beispielsweise Waschmaschinen, Wäschetrockner, Geschirrspülmaschinen, Tiefkühlschränke oder dergleichen sein.
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Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Adapter für Steckdosen oder Mehrfach-Steckdosenleisten bekannt, in die Einrichtungen zum Überspannungsschutz oder Fehlerstromschutzeinrichtungen integriert sind. Damit kann ein Schutz gegen Schäden in Folge von transienten Überspannungen oder ein Schutz bei elektrischem Schlag geboten werden.
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Bei Gebäudeinstallationen besteht weiterhin das Problem, das der Fehlerlichtbogen nur schwer lokalisiert werden kann. Wenn beispielsweise die Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung auslöst, ist nicht bekannt, wo der Fehlerlichtbogen aufgetreten ist. Um den Fehler zu lokalisieren, muss ein Elektriker die Verkabelung und die elektrischen Verbraucher überprüfen. Dies ist aufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Entsprechende Diagnosegeräte zum Auffinden des Fehlerlichtbogens sind aufwendig, teuer und finden nur vereinzelt Anwendung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, elektrische Verbraucher kostengünstig sicherer zu betreiben.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße elektrische Verbindungsvorrichtung umfasst ein erstes und ein zweites elektrisches Leitungselement, eine Lichtbogenerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Lichtbogens in Reihe zu dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Leitungselement oder eines Lichtbogens parallel zu dem ersten und/oder zweiten elektrischen Leitungselement und zum Ansteuern einer Schalteinrichtung, die zum Löschen des Lichtbogens ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Lichtbogen, wobei das erste Leitungselement, das zweite Leitungselement und die Lichtbogenerfassungseinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und die elektrische Verbindungsvorrichtung als Adapter für eine Steckdose eines Gebäudeinstallationssystems oder als Steckdosenleiste ausgebildet ist.
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Die elektrische Verbindungsvorrichtung kann als Adapter für eine übliche Steckdose ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die elektrische Verbindungsvorrichtung als Steckdosenleiste, insbesondere als Mehrfach-Steckdosenleiste, ausgebildet sein. Die elektrische Verbindungsvorrichtung kann somit einfach bei bestehenden Gebäudeinstallationssystemen nachgerüstet werden. Die bestehende Gebäudeinstallation bzw. Elektroinstallation muss nicht verändert werden und die elektrischen Verbindungsvorrichtungen können ohne Fachpersonal nachgerüstet werden. Mit der elektrischen Verbindungsvorrichtung können Lichtbogen erkannt werden und ein entsprechendes Steuersignal ausgeben werden, in Folge dessen eine Schalteinrichtung auslöst, mit der der Lichtbogen gelöscht werden kann. Somit können die elektrischen Verbraucher, insbesondere diejenigen, die als sicherheitskritisch erachtet werden, sicherer betrieben werden.
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Bevorzugt umfasst die elektrische Verbindungsvorrichtung einen Stecker, mit dem das erste elektrische Leitungselement mit einem ersten Leiter des Gebäudeinstallationssystems und das zweite Leitungselement mit einem zweiten Leiter des Gebäudeinstallationssystems verbindbar sind, und zumindest eine Buchse, mit der das erste und das zweite elektrische Leitungselement mit einem elektrischen Verbraucher verbindbar sind. Somit kann die elektrische Verbindungsvorrichtung einfach zwischen eine Steckdose, beispielsweise eine Schutzkontakt-Steckdose, des Gebäudeinstallationssystems und zumindest einen elektrischen Verbraucher geschaltet werden. Der zu schützende elektrische Verbraucher wird einfach in die elektrische Verbindungsvorrichtung eingesteckt. Dabei können auch mehrere elektrische Verbraucher mit der elektrischen Verbindungsvorrichtung verbunden werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die Schalteinrichtung ein erstes Schaltelement, mit dem das erste und/oder das zweite Leitungselement galvanisch trennbar ist, und wobei das erste Schaltelement in dem Gehäuse angeordnet ist. Das erste Schaltelement kann beispielsweise als Relais, Transistor oder dergleichen ausgebildet sein. Mit dem ersten Schaltelement können serielle Lichtbögen zuverlässig unterbunden werden. Ein paralleler Störlichtbogen kann beispielsweise mit einer zentralen Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung erkannt und verhindert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Schalteinrichtung ein zweites Schaltelement, mit dem das erste und das zweite Leitungselement elektrisch verbindbar sind, und wobei das zweite Schaltelement in dem Gehäuse angeordnet ist. Durch die Verbindung des ersten und des zweiten Leitungselements kann ein Lichtbogen gelöscht werden. Falls die Schaltungsanordnung einen zusätzlichen Schutzschalter umfasst, kann auf ein Schaltelement in der elektrischen Verbindungsvorrichtung verzichtet werden, mit dem das erste und/oder das zweite Leitungselement galvanisch getrennt werden kann.
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Bevorzugt umfasst die elektrische Verbindungsvorrichtung ein Anzeigeelement zum Anzeigen eines mit der Lichtbogenerfassungseinrichtung erfassten Lichtbogens. Somit kann bei einer Schaltungsanordnung mit mehreren elektrischen Verbindungsvorrichtungen auf einfach Weise und ohne zusätzlich Messeinrichtungen erfasst werden, wo der Störlichtbogen aufgetreten ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die elektrische Verbindungsvorrichtung eine Energieversorgungseinrichtung zum Versorgen der Lichtbogenerfassungseinrichtung mit elektrischer Energie. Die Energieversorgungsvorrichtung kann beispielsweise als Batterie oder Akkumulator ausgebildet sein. Die Energieversorgungsvorrichtung kann auch mit elektrischer Energie aus dem Gebäudeinstallationssystem versorgt werden.
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In einer Ausgestaltung ist die Lichtbogenerfassungseinrichtung dazu ausgebildet, den Lichtbogen anhand eines elektrischen Stroms, der durch das erste und/oder das zweite Leitungselement fließt und/oder anhand einer elektrischen Spannung, die zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungselement anliegt, zu erfassen. Zu diesem Zweck kann die Lichtbogenerfassungseinrichtung einen Spannungssensor umfassen, mit dem die elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leitungselement erfasst werden kann. Zudem kann mit der Lichtbogenerfassungseinrichtung eine Leistung eines Rauschens des elektrischen Stroms, der durch das erste und/oder das zweite elektrische Leitungselement fließt, erfasst werden. Somit kann ein Störlichtbogen zuverlässig mit der Lichtbogenerfassungseinrichtung erkannt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Verbindungsvorrichtung zusätzlich einen Leitungsschutzschalter, einen Fehlerstromschutzschalter und/oder einen Überspannungsschutz. Somit kann die Sicherheit beim Betrieb der elektrischen Verbraucher zusätzlich erhöht werden.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst eine Mehrzahl von den erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsvorrichtungen, ein Gebäudeinstallationssystem und eine Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern wobei jeweils zumindest einer der elektrischen Verbraucher mittels einer der Verbindungsvorrichtungen mit dem Gebäudeinstallationssystem elektrisch verbunden ist. Dabei kann jede der elektrischen Verbindungsvorrichtung eine Schalteinrichtung umfassen. Bei einem Fehlerfall, kann nur ein einzelner Verbraucher abgeschaltet werden, der Rest der Schaltungsanordnung bleibt weiterhin verfügbar.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst Schaltungsanordnung eine übergeordnete Überwachungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Steuersignale der Lichtbogenerfassungseinrichtungen der elektrischen Verbindungsvorrichtungen zu erfassen und die Schalteinrichtung in Abhängigkeit von den erfassten Steuersignalen anzusteuern. Die Lichtbogenerfassungseinrichtungen der jeweiligen elektrischen Verbindungsvorrichtungen können mit der Überwachungsvorrichtung drahtlos, d. h. optisch oder über eine Funkverbindung, im Datenaustausch stehen. Alternativ dazu können die Lichtbogenerfassungseinrichtungen mit der Überwachungsvorrichtung über eine Leitung oder einen Bus verbunden sein.
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Dabei ist es auch denkbar, dass eine zentrale Energieversorgungseinrichtung in der Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die die einzelnen elektrischen Verbindungsvorrichtungen mit elektrischer Energie versorgt. Wenn diese Energieversorgung unterbrochen wird, kann ein entsprechendes Steuersignal ausgegeben werden, in Folge dessen die Schalteinrichtung oder die Schalteinrichtungen in den elektrischen Verbindungsvorrichtungen ausgelöst werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsvorrichtung, ein Gebäudeinstallationssystem und eine Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern umfasst, beinhaltet das elektrische Verbinden jeweils zumindest einer der elektrischen Verbraucher mittels einer der Verbindungsvorrichtungen mit dem Gebäudeinstallationssystem, das Erfassen eines Lichtbogens mit zumindest einer der Lichtbogenerfassungseinrichtungen der elektrischen Verbindungsvorrichtungen, das Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem mit der zumindest einen Lichtbogenerfassungseinrichtungen erfassten Lichtbogen und das Ansteuern der Schalteinrichtung zum Löschen des Lichtbogens.
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Die zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsvorrichtung beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen können sinngemäß auf die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematisch Darstellung einer Verbindungsvorrichtung;
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2 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung in einer ersten Ausführungsform; und
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3 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Verbindungsvorrichtung 10. Die elektrische Verbindungsvorrichtung 10 umfasst ein erstes elektrisches Leitungselement 12 und ein zweites elektrisches Leitungselement 14. Des Weiteren umfasst die elektrische Verbindungsvorrichtung 10 eine Lichtbogenerfassungseinrichtung 16, mit dem ein Lichtbogen in Reihe zu dem ersten Leitungselement 12 und/oder dem zweiten Leitungselement 14 erfasst werden kann. Zudem kann mit der Lichtbogenerfassungseinrichtung 16 ein Lichtbogen parallel zu dem ersten Leitungselement 12 und dem zweiten Leitungselement 14 erfasst werden. Die Lichtbogenerfassungseinrichtung 16 umfasst einen Spannungssensor 18, mit dem eine elektrische Spannung zwischen dem ersten elektrischen Leitungselement 12 und dem zweiten elektrischen Leitungselement 14 erfasst werden kann. Des Weiteren weist die Lichtbogenerfassungseinrichtung 16 einen Lichtbogensensor 22 auf, mit dem ein Lichtbogen anhand der elektrischen Stromstärke, die durch das erste elektrische Leitungselement 12 fließt, erfasst werden kann.
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Darüber hinaus umfasst die elektrische Verbindungsvorrichtung 10 eine Schalteinrichtung 24. Durch die Ansteuerung der Schalteinrichtung 24 kann ein Fehlerlichtbogen gelöscht werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Schalteinrichtung 24 ein erstes Schaltelement Rs und ein zweites Schaltelement Rp. Mit dem ersten Schaltelement Rs kann das erste elektrische Leitungselement 12 galvanisch getrennt werden. Mit dem zweiten elektrischen Schaltelement Rp können das erste und das zweite elektrische Leitungselement 12, 14 elektrisch verbunden werden.
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Ferner ist in der elektrischen Verbindungvorrichtung 10 eine Steuereinrichtung 20 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 20 ist elektrisch mit dem Spannungssensor 18 und dem Lichtbogensensor 22 verbunden. In Abhängigkeit der Signale des Spannungssensors 18 und/oder des Lichtbogensensors 22 kann die Steuereinrichtung 20 ein entsprechendes Steuersignal zum Öffnen und/oder Schließen des ersten Schaltelements Rs und/oder des zweiten Schaltelements Rp ausgeben. Dies ist vorliegend durch die gestrichelten Linien 26 verdeutlicht.
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Die elektrische Verbindungsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 28, in dem das erste elektrische Leitungselement 12, das zweite elektrische Leitungselement 14, der Lichtbogensensor 22, der Spannungssensor 18, die Steuereinrichtung 20, das erste elektrische Schaltelement Rs und das zweite elektrische Schaltelement Rp angeordnet sind. Das Gehäuse 28 ist insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, gefertigt. Die elektrische Verbindungsvorrichtung 10 weist eine eingangsseitige, erste Anschlusseinrichtung 26 und eine ausgangsseitige, zweite Anschlusseinrichtung 28 auf.
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Mit der ersten Anschlusseinrichtung 30 kann das erste elektrische Leitungselement 12 mit einem ersten Leiter L eines Gebäudeinstallationssystems und das zweite elektrische Leitungselement 14 mit einem zweiten Leiter N des Gebäudeinstallationssystems elektrisch verbunden werden. Beispielsweise kann das erste elektrische Leitungselement 12 mit einer Phase der Gebäudeinstallation und das zweite elektrische Leitungselement 14 mit dem Nullleiter der Gebäudeinstallation elektrisch verbunden werden. Überdies umfasst die elektrische Verbindungsvorrichtung 10 eine zweite Anschlusseinrichtung 32, mit der das erste und das zweite elektrische Leitungselement 12, 14 mit einem elektrischen Verbraucher 42 verbunden werden können. Die elektrische Verbindungsvorrichtung 10 wird also zwischen die Gebäudeinstallation und den elektrischen Verbraucher 42 geschaltet.
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Wenn der elektrische Verbraucher 42 mit elektrischer Energie aus der Gebäudeinstallation versorgt werden soll, ist die erste Schalteinrichtung Rs geschlossen und die zweite Schalteinrichtung Rp ist geöffnet. Somit ist über die elektrischen Leitungselemente 12, 14 eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Leiter L der Gebäudeinstallation und einem ersten Leiter des elektrischen Verbrauchers 42 und zwischen dem zweiten Leiter N der Gebäudeinstallation und einem zweiten Leiter des elektrischen Verbrauchers hergestellt. Wenn ein Fehlerlichtbogen in Reihe zu dem ersten oder zweiten Leitungselement 12, 14 erfasst wird, wird die Schalteinrichtung Rs geöffnet. Somit kann der elektrische Verbraucher von dem Laststrom getrennt werden. Wenn ein Fehlerlichtbogen parallel zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leitungselement 12, 14 erfasst wird, wird die zweite elektrische Schalteinrichtung Rp geschlossen.
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Dabei kann der Fehlerlichtbogen zwischen der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10 und der Gebäudeinstallation oder zwischen der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10 und dem elektrischen Verbraucher 42 auftreten. Der Fehlerlichtbogen kann anhand einer Leistung des Rauschens der elektrischen Stromstärke und/oder der elektrischen Spannung erkannt werden. Insbesondere kann hierzu ein hochfrequentes Rauschsignal, beispielsweise zwischen 10 kHz und 30 MHz, insbesondere bei einer Frequenz von 22 MHz, untersucht werden. Des Weiteren kann die elektrische Stromstärke des Störlichtbogens herangezogen werden. Zudem kann die elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leitungselement 12, 14 berücksichtigt werden. Somit kann das Vorhandensein eines Störlichtbogens anhand von drei Größen überprüft werden. Diese Größen können mit dem Lichtbogensensor 22 und/oder dem Spannungssensor 18 ermittelt werden.
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Die elektrische Verbindungsvorrichtung 10 kann als Adapter für eine Steckdose des Gebäudeinstallationssystems ausgebildet sein. Alternativ dazu kann als Steckdosenleiste ausgebildet sein. Die erste Anschlusseinrichtung 30 ist dabei als Stecker ausgebildet, der in eine Steckdose des Gebäudeinstallationssystems gesteckt werden kann. Die zweite Anschlussvorrichtung 32 ist als Buchse ausgebildet, in die ein elektrischer Verbraucher eingesteckt werden kann. Die elektrische Verbindungsvorrichtung 10 kann also auf einfache Weise und ohne Fachpersonal nachgerüstet werden.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 34, anhand der die Verwendung der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10 verdeutlicht werden soll. Die vorliegende Schaltungsanordnung 34 umfasst zwei elektrische Verbindungsvorrichtungen 10A und 10B. Die elektrischen Verbindungsvorrichtungen 10A und 10B sind vorliegend in zusätzlichen Gehäusen 36 angeordnet. Das Gehäuse 36, in dem die elektrische Verbindungsvorrichtung 10A angeordnet ist, umfasst eine Buchse 38 und das Gehäuse, in der die elektrische Verbindungsvorrichtung 10B angeordnet ist, umfasst zwei Buchsen 38. Die elektrische Verbindungsvorrichtungen 10A ist eingangsseitig mit dem ersten Leiter L und dem zweiten Leiter N bzw. dem Nullleiter der Gebäudeinstallation verbunden. In der ersten Leitung L ist zudem ein Leitungsschutzschalter 40 vorgesehen. Ausgangseitig ist die elektrische Verbindungsvorrichtung 10A mit dem Eingang der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10B und der Buchse 38 verbunden. Die elektrische Verbindungsvorrichtung 10B ist ausgangsseitig mit den Buchsen 38 verbunden. Die Buchsen 38 sind zudem mit dem Schutzleiter PE der Gebäudeinstallation elektrisch verbunden. An den Buchsen 38 sind elektrische Verbraucher 42 angeschlossen.
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Zwischen der Gebäudeinstallation und der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, zwischen den elektrischen Verbindungsvorrichtungen 10A und 10B sowie zwischen den elektrischen Verbindungsvorrichtungen 10A und 10B und den elektrischen Verbrauchern 36 sind jeweils Kabel 44 vorhanden, die vorliegend nur schematisch dargestellt sind. In den Kabeln 44 können Störlichtbögen auftreten. Vorliegend sind die Kabel 40 den Bereichen A, B, C und D zugeordnet.
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Nachfolgend wird die Erfassung von seriellen Störlichtbögen in der Schaltungsanordnung 34 beschrieben, die mit dem Lichtbogensensor 22 und den Spannungssensor 18 der elektrischen Verbindungsvorrichtungen 10A und 10B erfasst werden. Das Vorhandensein einer seriellen Störlichtbogens wird anhand der elektrischen Stromstärke des Lichtbogens, der Leistung des Rauschens der elektrischen Stromstärke und/oder der elektrischen Spannung und der elektrischen Spannung zwischen den elektrischen Leitungselementen 12 und 14 bestimmt.
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Diese Größen werden einzeln bewertet und zudem wird eine Summe der einzelnen Bewertungen ermittelt. Anhand der Bewertung kann entschieden werden, ob mit der Schalteinrichtung ein Auslösen ermöglicht ist „j” oder nicht „n”. Insbesondere wird ermittelt, ob das erste Schaltelement Rs in der elektrischen Verbindungsvorrichtung
10A oder
10B geöffnet wird. Zudem ist in der Tabelle gekennzeichnet, ob ein schnelles Auslösen mit der jeweiligen Verbindungsvorrichtung
10A,
10B möglich ist. Dies ist in der nachfolgenden Tabelle verdeutlicht, wobei die Bewertungen nur beispielhaft sind:
| Ber. | Verb.-vorr. | Bew. Strom | Bew. Rauschen | Bew. Spannung | Summe | Ausl. ermögl. | Schn. Ausl. |
| A | 10A | 1 | 1 | 1 | 3 | j | j |
| 10B | 0 | –1 | 1 | 0 | j | n |
| B | 10A | 0 | 0 | 0 | 0 | j | |
| 10B | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| C | 10A | 0 | 0 | 0 | 0 | j | n |
| 10B | 1 | 1 | 1 | 3 | j | j |
| D | 10A | 0 | –1 | 0 | –1 | n | |
| 10B | 0 | 1 | 0 | 1 | j | - |
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Eine Lichtbogenspannung in Reihe zu einem elektrischen Verbraucher 42 bewirkt eine Veränderung der elektrischen Stromstärke, mit der der Verbraucher 42 versorgt wird. Wenn der Störlichtbogen in Flussrichtung des elektrischen Stroms vor der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10B, beispielsweise im Bereich C, auftritt, fließt der komplette Strom des Störlichtbogens durch die elektrische Verbindungsvorrichtung 10B und die relative Änderung des Stroms im Vergleich zu dem gesamten Laststrom ist mäßig bis erheblich. Hier erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „1”.
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Falls der Störlichtbogen in Stromflussrichtung hinter der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, beispielsweise im Bereich B oder C auftritt, fließt der komplette Strom des Störlichtbogens durch die elektrische Verbindungsvorrichtung 10A. Der Gesamtstrom kann aber größer werden, da weitere elektrische Verbraucher 42 in der Schaltungsanordnung 34 vorhanden sind. Die relative Änderung des Stroms im Vergleich zu dem gesamten Laststrom ist mäßig bis erheblich. In diesem Fall erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „0”.
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Wenn der Störlichtbogen in Stromflussrichtung vor der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10B aber hinter der Buchse 38 der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, beispielsweise im Bereich B, auftritt, fließt der Strom des Störlichtbogens nicht durch die elektrische Verbindungsvorrichtung 10B und der Laststrom bleibt konstant. Hier erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „–1”. Wenn der Strom konstant ist, das heißt mit dem Wert „–1” bewertet wird, soll keine Auslösung erfolgen.
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Je näher der Störlichtbogen an der jeweiligen elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, 10B ist, kann eine höhere Leistung des Rauschens mit der Lichtbogenerfassungseinrichtung 16 erfasst werden. Wenn der Störlichtbogen in Stromflussrichtung vor der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10B, beispielsweise im Bereich C, auftritt, kann das Rauschen mit den Lichtbogensensor 22 der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10B erfasst werden. Hierbei erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „1”.
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Falls der Störlichtbogen in Stromflussrichtung nach der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, beispielsweise im Bereich C, auftritt, kann nur ein Teil des Rauschens mit den Lichtbogensensor 22 der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A erfasst werden. Hier erfolgt eine Bewertung mit dem Wert Tritt der Störlichtbogen in den Bereichen A oder B auf, wird mit der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10B in Folge der Beeinträchtigung durch die elektrischen Verbraucher 36 ein noch geringerer Anteil an Rauschen erfasst. Hier erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „–1”. Wenn der Störlichtbogen in Stromflussrichtung vor einer der elektrischen Verbindungsvorrichtungen 10A oder 10B auftritt, fällt die elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungselement 12, 14 auf einen Wert, der im Wesentlichen gleich zur elektrischen Spannung des Störlichtbogens ist. Beispielsweise fällt die elektrische Spannung nach einer kurzen Verzögerungszeit nach dem Nulldurchgang um einen Wert von mindestens 13 V. Hier erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „1”.
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Falls der Störlichtbogen in Stromflussrichtung nach einer der elektrischen Verbindungsvorrichtungen 10A oder 10B auftritt, bleibt die elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungselement 12, 14 im Wesentlichen konstant. Hier erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „0”.
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Eine Auslösung wird ermöglicht, wenn die Bewertungssumme mindestens „0” beträgt. Wenn die Bewertung des Stroms den Wert „–1” ergibt, ist eine Auslösung nicht möglich. Wenn die Bewertung der Spannung den Wert „1” ergibt, ist eine Auslösung immer ermöglicht. Eine hohe Summe bedeutet eine schnellere Reaktionszeit. Wenn mehreren Verbindungsvorrichtungen 10A, 10B im System eine Summe größer oder gleich dem Wert „0” aufweisen und auslösen können, erfolgt die Auslösung bei der Verbindungsvorrichtung 10A, 10B, die die höchste Summe hat.
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Die obige Tabelle beschreibt eine Logik für serielle Störlichtbögen in der Schaltungsanordnung 30. Durch die Logik wird sichergestellt, dass die erste elektrische Schalteinrichtung Rs geöffnet wird, wenn der Störlichtbogen in den jeweiligen Bereichen A, B, C, D vorliegt. Insbesondere wird erste elektrische Schalteinrichtung Rs geöffnet, wenn der Störlichtbogen in Stromflussrichtung vor der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, 10B oder in Stromflussrichtung nach den Buchsen 38 der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, 10B auftritt. Vorliegend wird die elektrische Verbindungsvorrichtung 10A bei einem Lichtbogen in den Bereichen A und B ausgelöst und die elektrische Verbindungsvorrichtung 10B wird bei einem Lichtbogen in den Bereichen C und D ausgelöst.
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Die Bewertung der einzelnen Größen kann durch die Steuereinrichtung 20 der jeweiligen elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, 10B erfolgen. Es ist aber auch denkbar, dass eine übergeordnete Überwachungsvorrichtung vorgesehen ist, die anhand der Daten der einzelnen Lichtbogenerfassungseinrichtungen 16 eine Bewertung durchführt. Anhand der Bewertung kann erfasst werden, in welchem Bereich A, B, C, D der Lichtbogen aufgetreten ist. Ferner kann entschieden werden, welche Schalteinrichtung 24 ausgelöst wird.
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Bei einem parallelen Störlichtbogen wird eine andere Logik verwendet. Diese ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt. Hier werden parallelen Störlichtbögen in den Bereich A und C nicht berücksichtigt. Nach dem IEC-Standard muss die Impedanz der verwendeten Leitungen so gering sein, dass eine unmittelbare Auslösung erfolgt. Dies erfolgt beispielsweise innerhalb einer Halbwelle, innerhalb der nicht ausreichend Zeit vorhanden ist, um den Störlichtbogen zu erfassen.
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Auch ein paralleler Störlichtbogen wird anhand der elektrischen Stromstärke des Lichtbogens, der Leistung des Rauschens der elektrischen Stromstärke und/oder der elektrischen Spannung und der elektrischen Spannung zwischen den elektrischen Leitungselementen
12 und
14 bestimmt.
| Ber. | Verb.-vorr. | Bew. Strom | Bew. Rauschen | Bew. Spannung | Summe | Ausl. ermögl. | Schn. Ausl. |
| A | - |
| B | 10A | 1 | 0 | 1 | 2 | j | |
| 10B | –1 | 0 | 1 | 0 | n | - |
| C | - |
| D | 10A | 1 | –1 | 1 | 1 | j | n |
| 10B | 1 | 1 | 1 | 3 | j | j |
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Falls der Störlichtbogen in Stromflussrichtung vor einer der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, 10B, auftritt, wird der Stromfluss durch die elektrische Verbindungsvorrichtung 10A, 10B verringert, da der parallele Lichtbogen die Spannung begrenzt. Hier erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „–1”.
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Tritt der in Stromflussrichtung nach einer der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, 10B auf, wird die Stromstärke deutlich ansteigen. Die Stromstärke wird ungefähr die Stromstärke eines Kurzschlussstroms annehmen. In diesem Fall erfolgt die Bewertung mit dem Wert „1”. Grundsätzlich soll die Schalteinrichtung ausgelöst werden, wenn die Stromstärke deutlich ansteigt oder einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
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Falls der Störlichtbogen in Stromflussrichtung nach der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, beispielsweise im Bereich B oder D auftritt, kann in der elektrischen Verbindungsvorrichtung aufgrund der Verluste durch die elektrischen Verbraucher 42 nur ein geringer Anteil des Rauschsignals erfasst werden. Hier erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „0” oder „–1”.
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Je näher der Störlichtbogen an der jeweiligen elektrischen Verbindungsvorrichtung 10A, 10B ist, kann eine höhere Leistung des Rauschens mit der Lichtbogenerfassungseinrichtung 16 erfasst werden. Wenn der Störlichtbogen in Stromflussrichtung vor der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10B, beispielsweise im Bereich C, auftritt, kann das Rauschen mit den Lichtbogensensor 22 der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10B erfasst werden. Hierbei erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „1”.
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Falls ein Lichtbogen in der Nähe einer der elektrischen Verbindungsvorrichtungen 10A, 10B auftritt, wird die elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungselement 12, 14 ungefähr auf die Lichtbogenspannung begrenzt. In diesem Fall erfolgt eine Bewertung mit dem Wert „1”. Die Schalteinrichtung soll auslösen, wenn die elektrische Spannung auf die Lichtbogenspannung oder einen vorbestimmten Spannungswert abfällt.
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Eine Auslösung wird ermöglicht, wenn die Bewertungssumme mindestens „1” beträgt. Wenn die Bewertung des Stroms und/oder der Spannung den Wert „–1” ergibt, ist eine Auslösung nicht möglich. Eine hohe Summe bedeutet eine schnellere Reaktionszeit. Wenn mehreren Verbindungsvorrichtung 10A, 10B im System eine Summe größer oder gleich dem Wert „1” aufweisen und auslösen können, erfolgt die Auslösung bei dir Verbindungsvorrichtung 10A, 10B, die die höchste Summe hat.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 34. Die Schaltungsanordnung 34 umfasst zwei Zweifachsteckdosen 46. Die Schaltungsanordnung 34 umfasst vier elektrische Verbindungsvorrichtungen 10A, 10B, 10C und 10D. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Verbindungsvorrichtungen 10A, 10B, 10C, 10D als Adapter ausgebildet, die jeweils in eine Buchse der Zweifachsteckdosen eingesteckt sind. Jede der elektrischen Verbindungsvorrichtungen 10A, 10B, 10C, 10D ist mit einem elektrischen Verbraucher verbunden.
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Auch für diese Schaltungsanordnung kann eine Logik bereitgestellt werden, anhand der bestimmt wird ob die Schalteinrichtungen der elektrischen Verbindungsvorrichtungen 10A, 10B, 10C, 10D auslösen. Zudem kann anhand dieser Logik der Störlichtbogen lokalisiert werden.
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Die nachfolgende Tabelle beschreibt den Fall von seriellen Störlichtbogen, die in den Bereichen A, B, C, D, E, F, G, H, I und J in der Schaltungsanordnung
34 auftreten können. Die Bewertung erfolgt dabei analog zu dem oben im Zusammenhang mit der ersten Tabelle beschriebenen Beispiel.
| Ber. | Verb.-vorr. | Bew. Strom | Bew. Rauschen | Bew. Spannung | Summe | Ausl. ermögl. | Schn. Ausl. |
| A | 10A | 0 | 0 | 1 | 1 | j | j |
| 10B | 0 | 0 | 1 | 1 | j | j |
| 10C | 0 | –1 | 1 | 0 | j | n |
| 10D | 0 | –1 | 1 | 0 | j | n |
| B | 10A | 1 | 1 | 1 | 3 | j | j |
| 10B | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| 10C | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10D | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| C | 10A | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| 10B | 1 | 1 | 1 | 3 | j | j |
| 10C | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10D | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| D | 10A | 1 | 1 | 0 | 2 | j | j |
| 10B | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| 10C | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10D | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| E | 10A | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| 10B | 1 | 1 | 0 | 2 | j | j |
| 10C | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10D | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| F | 10A | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| 10B | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| 10C | 0 | 0 | 1 | 1 | j | j |
| 10D | 0 | 0 | 1 | 1 | j | j |
| G | 10A | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10B | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10C | 1 | 1 | 1 | 3 | j | j |
| 10D | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| H | 10A | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10B | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10C | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| 10D | 1 | 1 | 1 | 3 | j | j |
| I | 10A | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10B | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10C | 1 | 1 | 0 | 2 | j | j |
| 10D | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| J | 10A | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10B | –1 | –1 | 0 | –2 | n | - |
| 10C | –1 | 0 | 0 | –1 | n | - |
| 10D | 1 | 1 | 0 | 2 | j | j |
-
Die nachfolgende Tabelle beschreibt den Fall von parallelen Störlichtbögen, die in den Bereichen D, E, I und J in der Schaltungsanordnung 30 auftreten können. Die Bereiche A, B, C, F, G und H werden für parallele Lichtbögen nicht berücksichtigt. Die Bewertung erfolgt dabei analog zu dem oben im Zusammenhang mit der zweiten Tabelle beschriebenen Beispiel.
-
| Ber. |
Verb.-vorr. |
Bew. Strom |
Bew. Rauschen |
Bew. Spannung |
Summe |
Ausl. ermögl. |
Schn. Ausl. |
| A
B
C
F
G
H |
- |
| D |
10A
|
1 |
0 |
1 |
2 |
j |
j |
|
10B
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
|
10C
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
|
10D
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
| E |
10A
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
|
10B
|
1 |
0 |
1 |
2 |
j |
j |
|
10C
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
|
10D
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
| I |
10A
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
|
10B
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
|
10C
|
1 |
0 |
1 |
2 |
j |
j |
|
10D
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
| J |
10A
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
|
10B
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
|
10C
|
–1 |
–1 |
1 |
–1 |
n |
- |
|
10D
|
1 |
0 |
1 |
2 |
j |
j |
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- elektrische Verbindungsvorrichtung
- 10A bis 10D
- elektrische Verbindungsvorrichtung
- 12
- Leitungselement
- 14
- Leitungselement
- 16
- Lichtbogenerfassungseinrichtung
- 18
- Spannungssensor
- 20
- Steuereinrichtung
- 22
- Lichtbogensensor
- 24
- Schalteinrichtung
- 26
- Linien
- 28
- Gehäuse
- 30
- Anschlusseinrichtung
- 32
- Anschlusseinrichtung
- 34
- Schaltungsanordnung
- 36
- Gehäuse
- 38
- Buchse
- 40
- Leitungsschutzschalter
- 42
- Verbraucher
- 44
- Kabel
- 46
- Zweifachsteckdose
- A bis J
- Bereich
- L
- Leiter
- N
- Leiter
- PE
- Schutzleiter
- Rp
- Schaltelement
- Rs
- Schaltelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 5729145 A [0003]
- US 7368918 B2 [0003]
- US 7463037 B2 [0003]
- US 7492163 B2 [0003]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Standard IEC 62606 [0004]
