DE112010001977T5

DE112010001977T5 - Verfahren und Vorrichtungen zur Fehlerstromschutzüberwachung unter Verwendung eines einzigen Transformators

Info

Publication number: DE112010001977T5
Application number: DE112010001977T
Authority: DE
Inventors: Hugh T. Kinsel
Original assignee: Siemens Industry Inc
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2012-11-29
Also published as: US20130279050A1; CN102460879A; US8526143B2; US20100290164A1; CN102460879B; US8908339B2; WO2010132778A1

Abstract

In einem ersten Aspekt wird eine Einrichtung zur Verwendung mit einem Wechselstromsystem bereitgestellt, welches einen Außenleiter, einen Null-Leiter und einen Transformator aufweist; der Außenleiter und der Null-Leiter sind jeweils zwischen einer Quelle und einer Last geschaltet, der Null-Leiter ist an der Quelle mit Erde verbunden, und der Transformator weist eine erste Primärwicklung, die mit dem Außenleiter in Reihe geschaltet ist, eine zweite Primärwicklung, die mit dem Null-Leiter in Reihe geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung auf. Die Einrichtung weist eine erste Schaltung auf, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die erste Schaltung ein erstes Detektionssignal liefert, falls ein Strom vom Außenleiter zu Erde einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Die Einrichtung weist außerdem eine zweite Schaltung auf, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist,nthält, welche ein AC-Signal mit einer festgelegten Amplitude und einer festgelegten Frequenz an die Sekundärwicklung liefert. Die zweite Schaltung liefert außerdem ein zweites Detektionssignal, falls eine Impedanz zwischen dem Null-Leiter und Erde kleiner als ein zweiter vorbestimmter Schwellenwert ist. Zahlreiche weitere Aspekte werden ebenfalls bereitgestellt.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 14. Mai 2009 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 61/216,234, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
HINTERGRUND
Diese Anmeldung betrifft allgemein Verfahren und Vorrichtungen zur Fehlerstromschutz-(Ground Fault Circuit Interrupt, ”GFCI”)Überwachung. Insbesondere betrifft diese Anmeldung Verfahren und Vorrichtungen zur GFCI-Überwachung unter Verwendung eines einzigen Transformators, um Erdschlussfehlerströme und Fehlerströme des geerdeten Null-Leiters (grounded neutral faults) in elektrischen Stromzweigen von Wechselstromsystemen zu überwachen.
In Stromzweigen von Einphasenwechselstromsystemen werden typischerweise Stromkabel verwendet, welche einen Außenleiter und einen Null-Leiter enthalten, die zwischen einer Quelle und einer Last geschaltet sind, wobei der Null-Leiter an der Quelle geerdet ist. Fehlerstromschutzeinrichtungen werden in solchen Stromzweigen installiert, um den Strom bei Detektion von Erdschlussfehlerströmen vom Außenleiter zu Erde an der Last sowie von Fehlerströmen des geerdeten Null-Leiters (z. B. Fehlerströmen durch niederimpedante Verbindungen) zwischen dem Null-Leiter und Erde an der Last zu unterbrechen. Fehlerstromschutzeinrichtungen gewährleisten Sicherheit durch Schutz vor Stromschlag und werden vor allem in Steckdosen in Küchen, Badezimmern und Außenbereichen verwendet, wo Wasser oder Feuchtigkeit die Gefahr von Stromschlägen verursachen können. Fehlerstromschutzeinrichtungen werden auch in Leistungsschaltern verwendet, welche die besagten Bereiche schützen.
Fehlerstromschutzeinrichtungen verwenden typischerweise einen Differenzstromtransformator, um Strom-Unsymmetrien im Außen- und Null-Leiter zu erfassen, die aus einem Erdleckstrom vom Außenleiter resultieren, der über einen unbeabsichtigten, von dem Null-Leiter verschiedenen Erdschlusspfad zur Quelle zurückfließt. Um eine Verletzung durch Stromschlag zu verhindern, muss die Fehlerstromschutzeinrichtung eine Stromkreisunterbrechung bereits auslösen, wenn die Stromdifferenz im Außen- und Null-Leiter lediglich 5 Milliampere beträgt.
Falls ein Fehlerstrom des geerdeten Null-Leiters auftritt, erfasst der Differenzstromtransformator möglicherweise nicht die tatsächliche Größe des Erdleckstroms. Insbesondere kann, da der Null-Leiter typischerweise an der Quelle geerdet ist, ein Teil des Erdleckstroms über den Null-Leiter zur Quelle zurückfließen. Infolgedessen würde die Stromdifferenz in dem Differenzstromtransformator nicht genau der tatsächlichen Größe des Erdleckstroms entsprechen. Somit kann ein Fehlerstrom des geerdeten Null-Leiters die Empfindlichkeit des Differenzstromsensors verringern, so dass die Fehlerstromschutzeinrichtung nur in Reaktion auf wesentlich höhere Pegel des Erdleckstroms auslösen würde.
Um diesem Problem Rechnung zu tragen, verwenden viele vorbekannte Fehlerstromschutzeinrichtungen einen zweiten Transformator am Null-Leiter, um Fehlerströme des geerdeten Null-Leiters zu erfassen. In solchen Einrichtungen bildet, falls ein Fehlerstrom durch eine niederimpedante Verbindung zwischen dem Null-Leiter und Erde vorhanden ist, die Fehlerstromschutzeinrichtung einen Oszillator, dessen Ausgangssignal unter Verwendung des zweiten Transformators mit dem Differenzstromtransformator gekoppelt ist. Das Oszillatorsignal wird anschließend verwendet, um Fehlerströme des geerdeten Null-Leiters zu erfassen. Bei Erkennung eines Fehlerstroms des geerdeten Null-Leiters unterbricht die Fehlerstromschutzeinrichtung den Strom in dem Wechselstromsystem. Solche Fehlerstromschutzeinrichtungen mit zwei Transformatoren haben einen erheblichen Platzbedarf, um beide Transformatoren unterzubringen, und sind außerdem durch die zusätzlichen Kosten des zweiten Transformators entsprechend teurer.
Um diese Nachteile zu überwinden, verwenden einige vorbekannte Fehlerstromschutzeinrichtungen einen einzigen Transformator, um Erdschlussfehlerströme und Fehlerströme des geerdeten Null-Leiters zu überwachen. Zum Beispiel beschreibt die US-Patentschrift Nr. 4,001,646 von Howell mit dem Titel ”Ground Fault Circuit Interrupter Utilizing A Single Transformer” eine Fehlerstromschutzeinrichtung, welche einen einzigen Transformator verwendet, um Erdschlussfehlerströme und Fehlerströme des geerdeten Null-Leiters zu überwachen. Insbesondere verwendet Howell ein Negativwiderstands-Netzwerk, um ein Schwingungssignal zu bilden, welches wächst, sofern nicht ein Fehlerstrom durch eine niederimpedante Verbindung zwischen dem Null-Leiter und Erde vorhanden ist. In dieser Hinsicht ist die Fehlerstromschutzeinrichtung von Howell recht komplex und unhandlich.
Außerdem verfügen die vorbekannten Fehlerstromschutzeinrichtungen mit zwei Transformatoren und mit einem Transformator typischerweise über wenig Möglichkeiten der Kontrolle über die Größe oder Frequenz der Oszillatorsignale, die verwendet werden, um Fehlerströme des geerdeten Null-Leiters zu überwachen. Infolgedessen gewährleisten diese Einrichtungen möglicherweise keine konsistente und zuverlässige Erdschlussüberwachung. Dementsprechend sind verbesserte Fehlerstromschutzeinrichtungen wünschenswert.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Einrichtung zur Verwendung mit einem Wechselstromsystem bereitgestellt, welches einen Außenleiter, einen Null-Leiter und einen Transformator aufweist, wobei der Außenleiter und der Null-Leiter jeweils zwischen einer Quelle und einer Last geschaltet sind, der Null-Leiter an der Quelle mit Erde verbunden ist und der Transformator eine erste Primärwicklung, die mit dem Außenleiter in Reihe geschaltet ist, eine zweite Primärwicklung, die mit dem Null-Leiter in Reihe geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung aufweist. Die Einrichtung weist eine erste Schaltung auf, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die erste Schaltung ein erstes Detektionssignal liefert, falls ein Strom von dem Außenleiter zu Erde einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Die Einrichtung weist außerdem eine zweite Schaltung auf, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die zweite Schaltung eine AC-Signalquelle enthält, welche ein AC-Signal mit einer festgelegten Amplitude und einer festgelegten Frequenz an die Sekundärwicklung liefert. Die zweite Schaltung liefert außerdem ein zweites Detektionssignal, falls eine Impedanz zwischen dem Null-Leiter und Erde kleiner als ein zweiter vorbestimmter Schwellenwert ist.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Fehlerstromschutzeinrichtung zur Verwendung mit einem Wechselstromsystem bereitgestellt, welches einen Außenleiter, einen Null-Leiter und einen Transformator aufweist, wobei der Außenleiter und der Null-Leiter jeweils zwischen einer Quelle und einer Last geschaltet sind, der Null-Leiter an der Quelle mit Erde verbunden ist und der Transformator eine erste Primärwicklung, die mit dem Außenleiter in Reihe geschaltet ist, eine zweite Primärwicklung, die mit dem Null-Leiter in Reihe geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung aufweist. Die Einrichtung weist eine Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung auf, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist. Die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung liefert ein erstes Detektionssignal, falls ein Strom in der Sekundärwicklung einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Die Einrichtung weist außerdem eine Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters (grounded neutral fault detector circuit) auf, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist. Die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters: (a) enthält eine AC-Signalquelle, welche die Sekundärwicklung mit einer AC-Spannung mit einer festgelegten Amplitude und einer festgelegten Frequenz beaufschlagt, (b) überwacht einen Laststrom in der Sekundärwicklung, und (c) liefert ein zweites Detektionssignal, falls der Laststrom einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
In einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Fehlerstromschutzüberwachung zur Verwendung mit einem Wechselstromsystem bereitgestellt, welches einen Außenleiter, einen Null-Leiter und einen Transformator aufweist, wobei der Außenleiter und der Null-Leiter jeweils zwischen einer Quelle und einer Last geschaltet sind und der Null-Leiter an der Quelle mit Erde verbunden ist. Der Transformator weist eine erste Primärwicklung, die mit dem Außenleiter in Reihe geschaltet ist, eine zweite Primärwicklung, die mit dem Null-Leiter in Reihe geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung auf. Das Verfahren umfasst: (a) für ein erstes vorbestimmtes Zeitintervall, Überwachen eines Stroms in der Sekundärwicklung, und Liefern eines ersten Detektionssignals, falls der überwachte Sekundärstrom einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet und (b) für ein zweites vorbestimmtes Zeitintervall, Beaufschlagen der Sekundärwicklung mit einer AC-Spannung oder einem AC-Strom mit einer festgelegten Amplitude und einer festgelegten Frequenz, Überwachen eines Laststroms in oder einer Spannung über der Sekundärwicklung und Liefern eines zweiten Detektionssignals, falls der Laststrom oder die Last einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder falls die Lastspannung kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den zugehörigen Zeichnungen noch besser ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung noch klarer verständlich, die in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gegeben wird, in denen dieselben Bezugszeichen durchgehend dieselben Elemente bezeichnen und in denen:
1 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Fehlerstromschutzeinrichtung gemäß dieser Erfindung ist;
2 ein detaillierteres Blockschaltbild einer beispielhaften Fehlerstromschutzeinrichtung gemäß dieser Erfindung ist;
3 ein Blockschaltbild einer alternativen beispielhaften Fehlerstromschutzeinrichtung gemäß dieser Erfindung ist;
4 ein Blockschaltbild einer anderen alternativen beispielhaften Fehlerstromschutzeinrichtung gemäß dieser Erfindung ist; und
5 ein Blockschaltbild noch einer anderen alternativen beispielhaften Fehlerstromschutzeinrichtung gemäß dieser Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung stellt verbesserte Fehlerstromschutzeinrichtungen bereit, welche einen einzigen Transformator verwenden, um Erdschlussfehlerströme und Fehlerströme des geerdeten Null-Leiters in einem Wechselstromsystem zu detektieren. Insbesondere weisen Fehlerstromschutzeinrichtungen gemäß dieser Erfindung einen einzigen Transformator, eine Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung und eine Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters auf. Während eines ersten vorbestimmten Zeitintervalls überwacht die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung einen ersten Strom in einer Sekundärwicklung des Transformators, um zu bestimmen, ob ein Erdleckstrom einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Falls der erste Schwellenwert überschritten wird, unterbricht die Fehlerstromschutzeinrichtung das Wechselstromsystem.
Nach dem ersten vorbestimmten Zeitintervall beaufschlagt die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters die Sekundärwicklung des Transformators mit einem AC-Signal (z. B. einer AC-Spannung) mit einer festgelegten Größe und Frequenz und überwacht ein Signal (z. B. einen zweiten Strom oder eine zweite Spannung) in der Sekundärwicklung des Transformators, um zu bestimmen, ob eine niedrige Impedanz zwischen Erde und Null-Leiter kleiner als ein zweiter vorbestimmter Schwellenwert ist. Das überwachte AC-Signal kann verwendet werden, um die Impedanz zwischen Erde und Null-Leiter zu bestimmen. Falls das überwachte AC-Signal anzeigt, dass die Impedanz zwischen Erde und Null-Leiter kleiner als der zweite vorbestimmte Schwellenwert ist, unterbricht die Fehlerstromschutzeinrichtung das Wechselstromsystem.
Nach dem zweiten vorbestimmten Zeitintervall hört die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters auf, die Sekundärwicklung des Transformators zu beaufschlagen, und die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung beginnt wieder mit der Überwachung des ersten Stroms in der Sekundärwicklung für ein weiteres erstes vorbestimmtes Zeitintervall, um Erdschlussfehlerströme zu detektieren. Dieser Prozess setzt sich auf eine iterative Weise fort, um unter Verwendung eines einzigen Transformators kontinuierlich Erdschlussfehlerströme und Fehlerströme des geerdeten Null-Leiters zu detektieren.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine erste beispielhafte Fehlerstromschutzeinrichtung gemäß dieser Erfindung beschrieben. Eine Fehlerstromschutzeinrichtung 10 umfasst einen einzigen Transformator 12, eine Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14, eine Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 und eine Unterbrechungsschaltung 18. Der Transformator 12 ist ein Differenzstromtransformator mit einem Ringkern und einer Sekundärwicklung 20. Für den Durchschnittsfachmann ist klar, dass auch andere Differenzstromtransformatoren verwendet werden können.
Ein Außenleiter L und ein Null-Leiter N eines Wechselstromsystems verlaufen durch den Ringkern des Transformators 12 hindurch als Primärwicklungen mit einer Windung. Für den Durchschnittsfachmann ist klar, dass der Außenleiter L und der Null-Leiter N stattdessen auch als Primärwicklungen des Transformators 12 mit mehreren Windungen ausgebildet sein können. Der Außenleiter L und der Null-Leiter N sind jeweils zwischen einer Quelle (”QUELLE”) und einer Last (”LAST”) geschaltet, und der Null-Leiter N ist an der QUELLE mit Erde verbunden.
Die Sekundärwicklung 20 ist mit einer Eingangsklemme der Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14 und einer Ausgangsklemme der Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 verbunden. Die Sekundärwicklung 20 kann eine einzelne Wicklung mit N_S Windungen sein, wie in 1 dargestellt. Alternativ dazu kann die Sekundärwicklung 20 eine erste Sekundärwicklung mit N_S1 Windungen, die mit einer Eingangsklemme der Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14 verbunden ist, und eine zweite Sekundärwicklung mit N_S2 Windungen, die mit einer Eingangsklemme der Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 verbunden ist, enthalten. Bei noch anderen Ausführungsformen kann die Sekundärwicklung 20 eine einzige Wicklung enthalten, welche einen ersten abgegriffenen Ausgang, der mit einer Eingangsklemme der Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14 verbunden ist, und einen zweiten abgegriffenen Ausgang, der mit einer Eingangsklemme der Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 verbunden ist, aufweist. Für den Durchschnittsfachmann ist klar, dass auch andere, ähnliche Wicklungskonfigurationen verwendet werden können.
Gemäß dieser Erfindung detektiert die Fehlerstromschutzeinrichtung 10 Außenleitererdschlüsse an der Last, als R_L2G angegeben, und niedrige Impedanzen zwischen Erde und Null-Leiter an der Last, als R_G2N angegeben, durch Überwachung von Signalen an der Sekundärwicklung 20 des Transformators 12.
Insbesondere führt ein Erdleckstrom I_L2G, der durch einen Außenleitererdschluss R_L2G fließt, zu einem Differenzstrom durch den Transformator 12. Der Differenzstrom bewirkt, dass die Sekundärwicklung 20 einen Strom I_S leitet, welcher gleich dem Erdleckstrom I_L2G, dividiert durch die Anzahl der Windungen N_S der Sekundärwicklung 20 ist:
Daher kann durch Überwachung des Sekundärstroms I_S und dadurch, dass das Windungsverhältnis N_S bekannt ist, der Erdleckstrom I_L2G aus Gleichung (1) bestimmt werden.
Außerdem können niedrige Impedanzen zwischen Erde und Null-Leiter R_G2N bestimmt werden, indem die Sekundärwicklung 20 mit einem AC-Signal (z. B. einer Spannung oder einem Strom) beaufschlagt wird und ein entsprechendes Lastsignal (z. B. ein Strom oder eine Spannung) an der Sekundärwicklung 20 des Transformators 12 überwacht wird. R_G2N erscheint als eine relativ niedrige Impedanz an der Sekundärwicklung 20. Insbesondere erscheint unter der Annahme, dass R_L2G wesentlich größer als R_G2N ist, die Impedanz Z_S des Transformators 12 an der Sekundärwicklung als: Z_S = N 2 / S ×R_G2N (2)
Somit beträgt, wenn die Sekundärwicklung 20 mit einer Wechselspannung V_ac mit einer festgelegten Größe und Frequenz beaufschlagt wird, der Laststrom I_ac, der erforderlich ist, um die Sekundärwicklung 20 zu beaufschlagen:
Daher kann R_G2N durch Überwachung des Laststroms I_ac aus den Gleichungen (2) und (3) berechnet werden.
Gemäß dieser Erfindung detektiert die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14 einen Erdleckstrom I_L2G durch Überwachung des Differenzstroms im Transformator 12. Insbesondere überwacht während eines ersten vorbestimmten Zeitintervalls T1 die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14 den Strom I_S in der Sekundärwicklung 20. Das erste vorbestimmte Zeitintervall T1 kann etwa 100 Millisekunden betragen, allgemeiner zwischen etwa 1 und 560 Millisekunden, obwohl auch andere Zeitintervalle verwendet werden können. Durch Überwachung des Sekundärstroms I_S und dadurch, dass das Windungsverhältnis N_S bekannt ist, kann der Erdleckstrom I_L2G aus Gleichung (1) bestimmt werden. Somit erzeugt, wenn der überwachte Sekundärstrom I_S anzeigt, dass der Erdleckstrom I_L2G einen ersten vorbestimmten Wert überschritten hat, die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14 an einer Ausgangsklemme ein erstes Detektionssignal GCF, welches bewirkt, dass die Unterbrechungsschaltung 18 den Außenleiter L öffnet und dadurch das Wechselstromsystem unterbricht.
Zum Beispiel kann das Signal GCF normalerweise LOW sein, kann jedoch von LOW zu HIGH wechseln, wenn der Erdleckstrom I_L2G den ersten vorbestimmten Wert überschreitet. Für den Durchschnittsfachmann ist klar, dass stattdessen auch das Signal GCF normalerweise HIGH sein kann, jedoch von HIGH zu LOW wechseln kann, wenn der Erdleckstrom I_L2G den ersten vorbestimmten Wert überschreitet.
Nach dem ersten vorbestimmten Zeitintervall T1 beaufschlagt die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 die Sekundärwicklung 20 während eines zweiten vorbestimmten Zeitintervalls T2 mit einem AC-Signal, um niedrige Impedanzen zwischen Erde und Null-Leiter R_G2N zu überwachen. Das zweite vorbestimmte Zeitintervall T2 kann etwa 5 Millisekunden betragen, allgemeiner zwischen etwa 0,1 und 17 Millisekunden, obwohl auch andere Dauern verwendet werden können. Zum Beispiel beaufschlagt während des zweiten vorbestimmten Zeitintervalls T2 die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 die Sekundärwicklung 20 des Transformators mit einer Wechselspannung, die eine festgelegte Größe V_ac und eine festgelegte Frequenz f_d hat.
Der Laststrom I_ac, der erforderlich ist, um die Sekundärwicklung 20 zu beaufschlagen, ist, wie oben in Gleichung (3) dargelegt, gleich V_ac, dividiert durch die Impedanz Z_S des Transformators 12. Aufgrund der Gleichungen (2) und (3) kann der Laststrom I_ac wie folgt geschrieben werden:
Im Idealfall ist R_G2N unendlich, und der Laststrom I_ac ist null. Falls jedoch eins niedrige Impedanz zwischen Erde und Null-Leiter vorliegt, ist R_G2N nicht unendlich und kann recht niedrig sein. Wenn R_G2N sich verringert, erhöht sich der Laststrom I_ac. Somit erzeugt, wenn der Laststrom I_ac einen vorbestimmten Wert überschreitet (was anzeigt, dass sich R_G2N bis unter einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert verringert hat), die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 an einer Ausgangsklemme ein zweites Detektionssignal GNF, welches bewirkt, dass die Unterbrechungsschaltung 18 den Außenleiter L öffnet und dadurch das Wechselstromsystem unterbricht.
Zum Beispiel kann das Signal GNF normalerweise LOW sein, kann jedoch von LOW zu HIGH wechseln, wenn der Laststrom I_ac den zweiten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Für den Durchschnittsfachmann ist klar, dass stattdessen auch das Signal GNF normalerweise HIGH sein kann, jedoch von HIGH zu LOW wechseln kann, wenn der Laststrom I_ac den zweiten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Für den Durchschnittsfachmann ist klar, dass die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 stattdessen auch die Sekundärwicklung 20 mit einem Wechselstrom beaufschlagen kann, der eine festgelegte Größe I_ac und eine festgelegte Frequenz f_d aufweist, und die Ansteuerspannung V_ac über der Sekundärwicklung 20 überwachen kann. Die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 kann dann das zweite Detektionssignal GNF erzeugen, wenn die überwachte Ansteuerspannung V_ac kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Nach dem zweiten vorbestimmten Zeitintervall T2 hört die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 auf, die Sekundärwicklung 20 zu beaufschlagen, und die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14 beginnt wieder, den in dem Transformator 12 fließenden Differenzstrom zu überwachen. Dieser Prozess wiederholt sich auf eine iterative Weise, um kontinuierlich Außenleitererdschlüsse und niedrige Impedanzen zwischen Erde und Null-Leiter zu detektieren.
Wie oben beschrieben, wird die Unterbrechungsschaltung verwendet, um auf der Basis des ersten und zweiten Detektionssignals GCF bzw. GNF den Außenleiter L zu öffnen und dadurch das Wechselstromsystem zu unterbrechen. Insbesondere weist die Unterbrechungsschaltung 18 eine erste Eingangsklemme, die mit dem Außenleiter L an der QUELLE verbunden ist, eine zweite Eingangsklemme, die mit einer Ausgangsklemme der Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14 und mit einer Ausgangsklemme der Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16 verbunden ist, und eine Ausgangsklemme, die mit der dem Außenleiter L zugeordneten Primärwicklung des Transformators 12 verbunden ist, auf. Die erste Eingangsklemme ist normalerweise mit der Ausgangsklemme verbunden, sofern nicht das Signal an der zweiten Eingangsklemme einen vorbestimmten Wert hat (z. B. HIGH). Somit ist, wenn GCF und GNF beide LOW sind, der Außenleiter L an der QUELLE mit der dem Außenleiter L zugeordneten Primärwicklung des Transformators 12 verbunden. Wenn GCF oder GNF zu HIGH wechselt (was einen Erdschlussfehlerstrom bzw. einen Fehlerstrom des geerdeten Null-Leiters anzeigt), wird der Außenleiter L an der QUELLE von der dem Außenleiter L zugeordneten Primärwicklung des Transformators 12 getrennt.
Für den Durchschnittsfachmann ist klar, dass die Unterbrechungsschaltung 18 stattdessen auch zwischen dem Transformator 12 und der LAST angeordnet sein kann. Bei einer solchen alternativen Ausführungsform ist, wenn GCF und GNF beide LOW sind, die dem Außenleiter L zugeordnete Primärwicklung des Transformators 12 mit dem Außenleiter L an der LAST verbunden. Falls GCF oder GNF zu HIGH wechselt (was einen Erdschlussfehlerstrom bzw. einen Fehlerstrom des geerdeten Null-Leiters anzeigt), wird die dem Außenleiter L zugeordnete Primärwicklung des Transformators 12 von dem Außenleiter L an der LAST getrennt.
Fehlerstromschutzeinrichtungen gemäß dieser Erfindung, wie etwa die Fehlerstromschutzeinrichtung 10, können in digitalen Schaltungen, in analogen Schaltungen oder einer Kombination von digitalen und analogen Schaltungen implementiert sein. Es wird nun unter Bezugnahme auf 2 eine beispielhafte Fehlerstromschutzeinrichtung 10a beschrieben, die unter Verwendung digitaler Schaltungen implementiert ist. Die Fehlerstromschutzeinrichtung 10a umfasst einen einzigen Transformator 12, eine Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14a, eine Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16a und eine Unterbrechungsschaltung 18a.
Die beispielhafte Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14a enthält einen Puffer (oder Verstärker) 30 (hier als ”PUFFER/VERST. 30” bezeichnet), einen Multiplexer (”MUX”) 32, einen Analog-Digital-Wandler (”ADW”) 34, einen Prozessor 36 und eine Steuereinrichtung (Controller) 38. Der Puffer/Verstärker 30 weist eine Eingangsklemme, die mit der Sekundärwicklung 20 verbunden ist, und eine Ausgangsklemme, die mit einer ersten Eingangsklemme IN1 des MUX 32 verbunden ist, auf. Der MUX 32 weist eine zweite Eingangsklemme IN2, eine Steuerklemme, die mit der Steuereinrichtung 38 verbunden ist, und eine Ausgangsklemme, die mit einer Eingangsklemme des ADW 34 verbunden ist, auf. Der ADW 34 weist ebenfalls eine Steuerklemme auf, die mit der Steuereinrichtung 38 verbunden ist sowie eine Ausgangsklemme, die mit einer Eingangsklemme des Prozessors 36 verbunden ist.
Während des ersten vorbestimmten Zeitintervalls T1 deaktiviert die Steuereinrichtung 38 die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16a, das Ansteuersignal V_ac ist null, und der Laststrom I_ac ist null. Daher ist der Ausgang des Puffers/Verstärkers 30 der überwachte Sekundärstrom I_S, welcher mit der Eingangsklemme IN1 an MUX 32 gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung 38 führt dem MUX 32 ein Steuersignal zum Auswählen des Eingangs IN1 als Ausgang des MUX 32 zu. Der ADW 34 tastet das gepufferte (oder verstärkte) Sekundärstromsignal I_S ab und liefert einen digitalen Zählwert, der dem Sekundärstrom I_S entspricht, an den Prozessor 36. Der Prozessor 36 kann eine herkömmliche integrierte Mikroprozessorschaltung oder ein anderer, ähnlicher Prozessor sein. Alternativ dazu können der ADW 34 und der Prozessor 36 in einer einzigen Vorrichtung kombiniert sein, welche einen Mikroprozessor und einen Analog-Digital-Wandler enthält, wie etwa einem Mikrocontroller ATTINY461A von Atmel Corporation, San Jose, California, oder einem Mikrocontroller MSP430s von Texas Instruments Incorporated, Dallas, Texas. Der Prozessor 36 verarbeitet die umgewandelten Daten von I_S, um zu bestimmen, ob der Erdleckstrom I_L2G den ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Falls der Erdleckstrom I_L2G den ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, liefert der digitale Fehlerstromdetektor 36 ein Ausgangssignal an die Steuereinrichtung 38, welches anzeigt, dass ein Erdschlussfehlerstrom vorliegt. Die Steuereinrichtung 38 liefert daraufhin ein erstes Detektionssignal GCF an die Unterbrechungsschaltung 18a. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält die Unterbrechungsschaltung 18a einen Thyristor 60, der mit einer Auslösespule 62 verbunden ist und einen Steuereingang aufweist, der mit der Steuereinrichtung 38 verbunden ist. Die Unterbrechungsschaltung 18a weist außerdem Kontakte 64 auf, die so geschaltet sind, dass sie die Magnetspule 62 auslösen. Das erste Detektionssignal GCF bewirkt, dass der Thyristor 60 leitend wird, wodurch wiederum die Auslösespule 62 erregt wird und bewirkt wird, dass die Kontakte 64 öffnen und dadurch das Wechselstromsystem unterbrechen.
Wie zuvor erwähnt, deaktiviert während des ersten vorbestimmten Zeitintervalls T1 die Steuereinrichtung 38 die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16a. Nach dem ersten vorbestimmten Zeitintervall T1 aktiviert die Steuereinrichtung 38 die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16a für das zweite vorbestimmte Zeitintervall T2.
Insbesondere enthält die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16a einen Digitalsignalgenerator 40 mit einer Ausgangsklemme, die mit einer Eingangsklemme eines Digital-Analog-Wandlers (”DAW”) 42 verbunden ist, ein erstes Tiefpassfilter (”TPF”) 44 mit einer Eingangsklemme, die mit einer Ausgangsklemme des DAW 42 verbunden ist, einen Treiber 46 mit einer Eingangsklemme, die mit einer Ausgangsklemme des TPF 44 verbunden ist, einen optionalen Gleichrichter 48 mit einer Eingangsklemme, die mit einem Ausgang des Treibers 46 verbunden ist, und ein zweites TPF 50 mit einer Eingangsklemme, die mit einer Ausgangsklemme des Gleichrichters 48 verbunden ist, wobei der MUX 32 eine zweite Eingangsklemme IN2 aufweist, die mit einem Ausgang des TPF 50 verbunden ist. Die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16a enthält außerdem den ADW 34, den digitalen Fehlerstromdetektor 36 und die Steuereinrichtung 38, die oben beschrieben sind.
Nach dem ersten vorbestimmten Zeitintervall T1 schaltet die Steuereinrichtung 38 den Digitalsignalgenerator 40 EIN, welcher dem DAW 42 digitale Daten liefert, um ein analoges Ausgangssignal zu erzeugen, das eine festgelegte Größe und Frequenz hat. Gemäß dieser Erfindung können der Digitalsignalgenerator 40 und der DAW 42 verwendet werden, um ein AC-Signal zu erzeugen, das eine festgelegte Größe und eine festgelegte Frequenz hat, die jeweils separat gesteuert werden können.
Der Ausgang des DAW 42 wird durch das TPF 44 geglättet, und der Ausgang des TPF 44 wird über den Treiber 46 an den Transformator 12 ausgegeben. Bei der beispielhaften Ausführungsform von 2 beaufschlagt die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16a die Sekundärwicklung 20 mit einer Wechselspannung V_ac und überwacht den Laststrom I_ac, der durch die Sekundärwicklung 20 geleitet wird.
Insbesondere kann der Treiber 46 einen Stromspiegel enthalten, welcher einen gespiegelten Laststrom I'_ac liefert, der im Wesentlichen gleich dem Laststrom I_ac' ist. Der gespiegelte Laststrom I'_ac kann von dem optionalen Gleichrichter 48 verarbeitet werden, welcher ein Vollweggleichrichter oder eine andere ähnliche Gleichrichterschaltung sein kann, um ein gleichgerichtetes Ausgangssignal bereitzustellen, das von dem TPF 50 geglättet und dem zweiten Eingang IN2 des MUX 32 zugeführt wird. Somit empfängt IN2 ein Signal, das dem gespiegelten Laststrom I'_ac entspricht.
Während des zweiten vorbestimmten Zeitintervalls T2 führt die Steuereinrichtung 38 dem MUX 32 ein Steuersignal zum Auswählen des Eingangs IN2 als Ausgang des MUX 32 zu. Der ADW 34 tastet das Signal des gespiegelten Laststroms I'_ac ab und liefert einen digitalen Zählwert, welcher dem gespiegelten Laststrom I'_ac entspricht, an den digitalen Fehlerstromdetektor 36. Der digitale Fehlerstromdetektor 36 verarbeitet die umgewandelten I'_ac-Daten, um zu bestimmen, ob der Laststrom I_ac einen vorbestimmten Wert überschreitet (was anzeigt, dass R_G2N sich bis unter einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert verringert hat).
Falls R_G2N kleiner als der zweite vorbestimmte Schwellenwert ist, liefert der digitale Fehlerstromdetektor 36 ein Ausgangssignal an die Steuereinrichtung 38, welches anzeigt, dass ein Fehlerstrom des geerdeten Null-Leiters vorliegt. Die Steuereinrichtung 38 liefert daraufhin ein zweites Detektionssignal GNF an die Unterbrechungsschaltung 18a. Das zweite Detektionssignal GNF bewirkt, dass der Thyristor 60 leitend wird, wodurch wiederum die Auslösespule 62 erregt wird und bewirkt wird, dass die Kontakte 64 öffnen und dadurch das Wechselstromsystem unterbrechen.
Nach dem zweiten vorbestimmten Zeitintervall T2 schaltet die Steuereinrichtung 38 den Digitalsignalgenerator 40 AUS, und die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14 beginnt wieder, den in dem Transformator 12 fließenden Differenzstrom zu überwachen. Dieser Prozess wiederholt sich auf eine iterative Weise, um kontinuierlich Außenleitererdschlüsse und niedrige Impedanzen zwischen Erde und Null-Leiter zu detektieren.
Wie zuvor erwähnt, können Fehlerstromschutzeinrichtungen gemäß dieser Erfindung alternativ dazu auch unter Verwendung analoger Schaltungen implementiert werden. Es wird nun unter Bezugnahme auf 3 eine beispielhafte Fehlerstromschutzeinrichtung 10b beschrieben, die unter Verwendung analoger Schaltungen implementiert ist. Die Fehlerstromschutzeinrichtung 10b umfasst einen Transformator 12, eine Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14b, eine Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16b, eine Unterbrechungsschaltung 18a und einen gesteuerten Schalter 94. Der Transformator 12 weist eine Sekundärwicklung 20 mit einem ersten abgegriffenen Ausgang 20a mit N_sa Windungen und einem zweiten abgegriffenen Ausgang 20b mit N_sb Windungen auf.
Die beispielhafte Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14b enthält einen Puffer (oder Verstärker) 72 (hier als ”PUFFER/VERST. 72” bezeichnet), der eine Eingangsklemme, die über den gesteuerten Schalter 94 mit der Sekundärwicklung 20 verbunden ist, und eine Ausgangsklemme, die mit einer Eingangsklemme eines TPF 74 verbunden ist, aufweist. Das TPF 74 weist eine Ausgangsklemme auf, die mit einer Eingangsklemme eines Spitzenwertdetektors 76 verbunden ist, welcher eine Ausgangsklemme aufweist, die mit einer Eingangsklemme eines Komparators 78 verbunden ist. Der Komparator 78 weist eine Ausgangsklemme auf, die mit einer Eingangsklemme des Thyristors 60 verbunden ist.
Während des ersten vorbestimmten Zeitintervalls T1 schließt eine Zeitgeberschaltung (Zeitgeber 92, unten beschrieben) den gesteuerten Schalter 94 und deaktiviert die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16b. Infolgedessen ist das Ansteuersignal V_ac gleich null, und der Laststrom I_ac ist null. Somit ist der Ausgang des Puffers/Verstärkers 72 der überwachte Sekundärstrom I_S, welcher von dem TPF 74 geglättet wird, und das Signal des geglätteten Sekundärstroms I_S wird dem Eingang des Spitzenwertdetektors 76 zugeführt. Der Spitzenwertdetektor 76 liefert eine Ausgangsgleichspannung, die gleich dem Spitzenwert des Sekundärstroms I_S ist. Der Ausgang des Spitzenwertdetektors wird dem Komparator 78 als ein Eingang zugeführt.
Der Komparator 78 liefert ein Ausgangssignal, dessen Zustand sich ändert (z. B. von LOW zu HIGH wechselt), wenn der Spitzenwert-Sekundärstrom I_S einen Wert hat, welcher den ersten vorbestimmten Schwellenwert, dividiert durch N_sa, überschreitet (d. h. wenn der Erdleckstrom I_L2G den ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet). Somit führt der Komparator 78 der Unterbrechungsschaltung 18a ein erstes Detektionssignal GCF zu. Das erste Detektionssignal GCF bewirkt, dass der Thyristor 60 leitend wird, wodurch wiederum die Auslösespule 62 erregt wird und bewirkt wird, dass die Kontakte 64 öffnen und dadurch das Wechselstromsystem unterbrechen.
Wie zuvor erwähnt, ist während des ersten vorbestimmten Zeitintervalls T1 die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16b inaktiv. Nach dem ersten vorbestimmten Zeitintervall T1 ist die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14b inaktiv, und die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16b ist während des zweiten vorbestimmten Zeitintervalls T2 aktiv.
Insbesondere enthält die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16b einen Differentialverstärker 80, ein Bandpassfilter (”BPF”) 82, einen Spitzenwertdetektor 84, einen Komparator 86, eine Zeitgeberschaltung 92, einen AC-Signalgenerator 90, einen Treiber 88, einen Abtastwiderstend R_SENSE wird einen Kondensator C_RES. Nach dem ersten vorbestimmten Zeitintervall T1 öffnet die Zeitgeberschaltung den gesteuerten Schalter 94, wodurch die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung 14b wirksam deaktiviert und die AC-Quelle 90 aktiviert wird.
Die AC-Quelle 90 kann ein Oszillator sein, welcher ein AC-Signal (z. B. eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom) an den Treiber 88 liefert. Die AC-Quelle 90 kann ein Sinussignal erzeugen, oder sie kann stattdessen eine nicht sinusförmige Wellenform erzeugen, wie etwa eine Rechteckwellen-, Rampen- oder andere, ähnliche Wellenform. Gemäß dieser Erfindung erzeugt die AC-Quelle 90 ein AC-Signal, das eine festgelegte Größe und eine festgelegten Frequenz hat, die jeweils separat gesteuert werden können.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform liefert die AC-Quelle 90 ein Wechselspannungssignal an den Treiber 88, welcher ein AC-Ausgangssignal V_ac an den zweiten abgegriffenen Ausgang 20b der Sekundärwicklung 20 liefert. Somit beaufschlagt während des zweiten vorbestimmten Zeitintervalls T2 die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters 16b die Sekundärwicklung 20 mit einem Wechselspannungssignal V_ac.
Der Differentialverstärker 80 misst die Spannung über dem Abtastwiderstand R_SENSE, um den Laststrom I_ac zu überwachen, der von dem Treiber 88 geliefert wird. R_SENSE kann einen Wert zwischen 1 und 10 Ohm haben, obwohl auch andere Widerstandswerte verwendet werden können, in Abhängigkeit von der Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung, dem Treiber und der Empfindlichkeit der Detektionsschaltung. Der Ausgang des Differentialverstärkers 80 wird von dem BPF 82 gefiltert, und der gefilterte Ausgang wird dem Spitzenwertdetektor 84 und dem Komparator 86 zugeführt. Der Spitzenwertdetektor 84 liefert eine Ausgangsgleichspannung, die gleich dem Spitzenwert des Laststroms I_ac ist. Der Ausgang des Spitzenwertdetektors wird dem Komparator 86 als ein Eingang zugeführt.
Der Komparator 86 liefert ein Ausgangssignal, dessen Zustand sich ändert (z. B. von LOW zu HIGH wechselt), wenn der Spitzenwert des Laststroms I_ac einen Wert hat, welcher V_ac, dividiert durch den zweiten vorbestimmten Schwellenwert mal N_sb ², überschreitet (d. h. wenn die niedrige Impedanz zwischen Erde und Null-Leiter R_G2N kleiner als der zweite vorbestimmte Schwellenwert ist). Somit führt der Komparator 86 der Unterbrechungsschaltung 18a ein zweites Detektionssignal GNF zu. Das zweite Detektionssignal GNF bewirkt, dass der Thyristor 60 leitend wird, wodurch wiederum die Auslösespule 62 erregt wird und bewirkt wird, dass die Kontakte 64 öffnen und dadurch des Wechselstromsystem unterbrechen.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun eine andere alternative, beispielhafte Fehlerstromschutzeinrichtung 10c, die unter Verwendung analoger Schaltungen implementiert ist, beschrieben. Die Fehlerstromschutzeinrichtung 10c ist der Fehlerstromschutzeinrichtung 10b ähnlich, wobei jedoch die Spitzenwertdetektoren 76/84 und Komparatoren 78/86 durch Fensterkomparatoren 98 bzw. 100 ersetzt sind, welche sowohl bei positiven als auch bei negativen Spitzenwerten schalten. Insofern kann die Fehlerstromschutzeinrichtung 10c schneller auf Erdschlussfehlerströme und Fehlerströme des geerdeten Null-Leiters reagieren.
Unter Bezugnahme auf 5 wird nun noch eine andere alternative, beispielhafte Fehlerstromschutzeinrichtung 10d, die unter Verwendung analoger Schaltungen implementiert ist, beschrieben. Die Fehlerstromschutzeinrichtung 10d ist der Fehlerstromschutzeinrichtung 10b ähnlich, wobei jedoch die Spitzenwertdetektoren 76 und 84 mit Gleichrichtern 102 und 108 bzw. Tiefpassfiltern 104 und 110 implementiert sind. Die Gleichrichter 102 und 108 können Vollweggleichrichter oder Halbweggleichrichter sein.
Die obige Beschreibung veranschaulicht lediglich die Prinzipien dieser Erfindung, und ein Durchschnittsfachmann kann verschiedene Modifikationen vornehmen, ohne den Rahmen und die Idee dieser Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4001646 [0007]

Claims

Einrichtung zur Verwendung mit einem Wechselstromsystem, welches einen Außenleiter, einen Null-Leiter und einen Transformator aufweist, wobei der Außenleiter und der Null-Leiter jeweils zwischen einer Quelle und einer Last geschaltet sind und der Null-Leiter an der Quelle mit Erde verbunden ist, wobei der Transformator eine erste Primärwicklung, die mit dem Außenleiter in Reihe geschaltet ist, eine zweite Primärwicklung, die mit dem Null-Leiter in Reihe geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung aufweist, wobei die Einrichtung umfasst: eine erste Schaltung, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die erste Schaltung ein erstes Detektionssignal liefert, falls ein Strom vom Außenleiter zu Erde einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet; und eine zweite Schaltung, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die zweite Schaltung eine AC-Signalquelle enthält, welche ein AC-Signal mit einer festgelegten Amplitude und einer festgelegten Frequenz an die Sekundärwicklung liefert, und wobei die zweite Schaltung ein zweites Detektionssignal liefert, falls eine Impedanz zwischen dem Null-Leiter und Erde kleiner als ein zweiter vorbestimmter Schwellenwert ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, welche ferner eine Unterbrechungsschaltung umfasst, die mit dem Außenleiter verbunden ist, wobei die Unterbrechungsschaltung den Strom in dem Wechselstromsystem unterbricht, falls die erste Schaltung das erste Detektionssignal liefert und/oder falls die zweite Schaltung das zweite Detektionssignal liefert.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Unterbrechungsschaltung zwischen der Quelle und dem Transformator angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Unterbrechungsschaltung zwischen der Last und dem Transformator angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sekundärwicklung eine einzige Wicklung umfasst, die von der ersten Schaltung und von der zweiten Schaltung gemeinsam verwendet wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sekundärwicklung einen abgegriffenen Ausgang umfasst, der mit der zweiten Schaltung verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sekundärwicklung eine erste Sekundärwicklung, die mit der ersten Schaltung verbunden ist, und eine zweite Sekundärwicklung, die mit der zweiten Schaltung verbunden ist, umfasst, wobei die erste Sekundärwicklung und die zweite Sekundärwicklung separate Wicklungen sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die AC-Quelle eine Wechselspannungsquelle umfasst und wobei die zweite Schaltung das zweite Detektionssignal liefert, falls ein Strom in der Sekundärwicklung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die AC-Quelle eine Wechselstromquelle umfasst und wobei die zweite Schaltung das zweite Detektionssignal liefert, falls eine Spannung über der Sekundärwicklung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung eine digitale Schaltungsanordnung umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung eine digitale Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung umfasst, welche das erste Detektionssignal liefert, falls ein Strom in der Sekundärwicklung den ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Schaltung eine digitale Schaltungsanordnung umfasst.
Fehlerstromschutzeinrichtung (Ground Fault Circuit Interrupt device, ”GFCI” device) zur Verwendung mit einem Wechselstromsystem, welches einen Außenleiter, einen Null-Leiter und einen Transformator aufweist, wobei der Außenleiter und der Null-Leiter jeweils zwischen einer Quelle und einer Last geschaltet sind und der Null-Leiter an der Quelle mit Erde verbunden ist, wobei der Transformator eine erste Primärwicklung, die mit dem Außenleiter in Reihe geschaltet ist, eine zweite Primärwicklung, die mit dem Null-Leiter in Reihe geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung aufweist, wobei die Einrichtung umfasst: eine Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung ein erstes Detektionssignal liefert, falls ein Strom in der Sekundärwicklung einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet; und eine Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters: (a) eine AC-Signalquelle enthält, welche die Sekundärwicklung mit einer AC-Spannung mit einer festgelegten Amplitude und einer festgelegten Frequenz beaufschlagt, (b) einen Laststrom in der Sekundärwicklung überwacht, und (c) ein zweites Detektionssignal liefert, falls der Laststrom einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 13, welche ferner eine Unterbrechungsschaltung umfasst, die mit dem Außenleiter verbunden ist, wobei die Unterbrechungsschaltung den Strom in dem Wechselstromsystem unterbricht, falls die Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung das erste Detektionssignal liefert und/oder falls die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters das zweite Detektionssignal liefert.
Einrichtung nach Anspruch 14, wobei die Unterbrechungsschaltung zwischen der Quelle und dem Transformator angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 14, wobei die Unterbrechungsschaltung zwischen der Last und dem Transformator angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei die Sekundärwicklung eine einzige Wicklung umfasst, die von der Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung und von der zweiten Schaltung gemeinsam verwendet wird.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei die Sekundärwicklung einen abgegriffenen Ausgang umfasst, der mit der Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei die Sekundärwicklung eine erste Sekundärwicklung, die mit der Erdschlussfehlerstrom-Überwachungsschaltung verbunden ist, und eine zweite Sekundärwicklung, die mit der Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters verbunden ist, umfasst, wobei die erste Sekundärwicklung und die zweite Sekundärwicklung separate Wicklungen sind.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei die AC-Quelle eine Wechselspannungsquelle umfasst und wobei die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters das zweite Detektionssignal liefert, falls ein Strom in der Sekundärwicklung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei die AC-Quelle eine Wechselstromquelle umfasst und wobei die Fehlerstromüberwachungsschaltung des geerdeten Null-Leiters das zweite Detektionssignal liefert, falls eine Spannung über der Sekundärwicklung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren zur Fehlerstromschutz-(Ground Fault Circuit Interrupt, ”GFCI”)Überwachung zur Verwendung mit einem Wechselstromsystem, welches einen Außenleiter, einen Null-Leiter und einen Transformator aufweist, wobei der Außenleiter und der Null-Leiter jeweils zwischen einer Quelle und einer Last geschaltet sind und der Null-Leiter an der Quelle mit Erde verbunden ist, wobei der Transformator eine erste Primärwicklung, die mit dem Außenleiter in Reihe geschaltet ist, eine zweite Primärwicklung, die mit dem Null-Leiter in Reihe geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung aufweist, wobei das Verfahren umfasst: (a) für ein erstes vorbestimmtes Zeitintervall: (i) Überwachen eines Stroms in der Sekundärwicklung, und (ii) Liefern eines ersten Detektionssignals, falls der überwachte Sekundärstrom einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet; und (b) für ein zweites vorbestimmtes Zeitintervall: (i) Beaufschlagen der Sekundärwicklung mit einer AC-Spannung oder einem AC-Strom mit einer festgelegten Amplitude und einer festgelegten Frequenz; (ii) Überwachen eines Laststroms in oder einer Spannung über der Sekundärwicklung; und (iii) Liefern eines zweiten Detektionssignals, falls der Laststrom oder die Last einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder falls die Lastspannung kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 22, welches ferner das iterative Wiederholen von Schritt (a) und anschließend Schritt (b) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, welches ferner das Unterbrechen des Stromflusses in dem Wechselstromsystem in Reaktion auf das erste Detektionssignal und/oder das zweite Detektionssignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das erste vorbestimmte Zeitintervall zwischen etwa 1 und 560 Millisekunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das erste vorbestimmte Zeitintervall etwa 100 Millisekunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das zweite vorbestimmte Zeitintervall zwischen etwa 0,1 und 17 Millisekunden beträgt.