DE19735412A1 - Fehlerstrom-Schutzeinrichtung - Google Patents
Fehlerstrom-SchutzeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fehlerstrom-Schutzein
richtung.
Eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung dient zur Sicherstellung
des Schutzes gegen einen gefährlichen Fehlerstrom in einer
elektrischen Anlage. Ein solcher Fehlerstrom tritt auf, wenn
ein spannungsführendes Leitungsteil einen elektrischen Kon
takt nach Masse aufweist. Dies ist beispielsweise dann der
Fall, wenn eine Person ein spannungsführendes Teil einer
elektrischen Anlage berührt oder in der Anlage ein Isola
tionsfehler auftritt. Der Fehlerstrom fließt dann über die
Person als Körperstrom bzw. in der Anlage als Fehlerstrom
nach Masse ab. Die zum Schutz gegen gefährliche Körperströme
eingesetzte Fehlerstrom-Schutzeinrichtung muß dann bei einem
Fehlerstrom, der größer als der Nennfehlerstrom, beispiels
weise 30 mA für Personenschutz und 200 mA für Anlagenschutz,
ist, sicher und schnell die elektrische Anlage vom Netz tren
nen.
Der Aufbau einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung ist beispiels
weise aus "etz", Band 107 (1986), Heft 20, Seiten 938 bis
945, bekannt. Dort sind insbesondere in den Bildern 1 bis 3
Prinzipschaltbilder und Funktionsprinzipien einer Fehler
strom-Schutzeinrichtung dargestellt. Dabei werden zwei unter
schiedliche Grundtypen unterschieden. Der als Fehlerstrom-
Schutzschalter bezeichnete FI-Schutzschalter ist eine Fehler
strom-Schutzeinrichtung, in der die zum Schaltvorgang erfor
derliche elektrische Leistung netzspannungsunabhängig aus dem
Fehlerstrom selbst gewonnen wird. Beim sogenannten Differenz
strom- oder DI-Schutzschalter handelt es sich demgegenüber um
eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung, bei der die zum Schalt
vorgang erforderliche elektrische Hilfsenergie aus dem Netz
entnommen wird. Ein solcher DI-Schalter benötigt somit zu
seinem Betrieb einen Netzanschluß sowie ein Netzteil, das die
Netzspannung in die zum Betrieb seiner Komponenten er
forderliche Versorgungsspannung umwandelt.
Während FI-Schutzschalter ihrem prinzipiellen Aufbau nach nur
bei Wechsel- oder Pulsfehlerstrom ein Auslösen des Schutz
schalters bewirken können, ist es mit dem DI-Schutzschalter
dem Prinzip nach möglich, einen Gleichfehlerstrom zu erfassen
und zum Auslösen eines Schutzschalters heranzuziehen. Durch
eine Kombination eines FI-Schutzschalters mit einem DI-Schutz
schalter ist es damit prinzipiell möglich, eine elek
trische Anlage sowohl auf Gleichfehlerstrom als auch auf
Wechsel- oder Pulsfehlerstrom zu überwachen. Das Prinzip
schaltbild einer solchen sogenannten allstromsensitiven Feh
lerstrom-Schutzeinrichtung ist beispielsweise in "etz", Band
115, 1994, Heft 16, Seiten 896-901, dargestellt. Dort ist in
Bild 2 zu erkennen, daß ein Auslöser für die Mechanik eines
Schutzschalters sowohl mit einer Fehlerstrom-Auslöseschaltung
an Wechsel- und Pulsfehlerstrom als auch mit einer Fehler
strom-Auslöseschaltung für Gleichfehlerstrom angeschlossen
ist.
Eine Kombination aus einem DI-Schutzschalter mit einem FI-Schutz
schalter ist auch aus der europäischen Patentschrift
0 440 835 bekannt. Der dort zur Kombination mit dem FI-Schutz
schalter vorgesehene DI-Schutzschalter umfaßt eine von
einem Frequenzgenerator vormagnetisierte Sekundärwicklung ei
nes Summenstromwandlers, wobei zwischen dem Frequenzgenerator
und der Sekundärwicklung eine Einrichtung zum Symmetrieren
der vom Frequenzgenerator abgegebenen Signalkurven geschaltet
ist.
Eine solche Kombination ist aber dann nicht unproblematisch,
wenn sogenannte auslösezeitverzögerte FI-Schutzschalter mit
einem DI-Schutzschalter für Gleichfehlerstrom kombiniert wer
den sollen. Ein auslösezeitverzögerter FI-Schutzschalter wird
eingesetzt, um Fehlauslösungen durch Schaltspitzen oder Ge
witter zu verringern oder um ein selektives Abschalten von
Teilen der Anlage zu ermöglichen. Ein solcher stoßstromfester
auslösezeitverzögerter FI-Schutzschalter ist beispielsweise
in der "Siemens-Zeitschrift", 42. Jahrgang, Heft 6, 1968,
Seiten 492 bis 494, näher erläutert. Dieser bekannte FI-Schutz
schalter ist im Sekundärkreis mit einem Gleichrichter
und einem parallel zum Auslöser geschalteten Kondensator ver
sehen, der die Auslösezeitverzögerung herbeiführt. Dieser
parallel zum Auslöser liegende Kondensator würde dann, wenn
eine parallel zu ihm geschaltete Fehlerstrom-Auslöseschaltung
eines DI-Schutzschalters ansprechen und den Auslöser mit
Strom beaufschlagen würde, aufgeladen werden, so daß dadurch
die Auslösezeit bei glattem Gleichfehlerstrom verlängert wer
den würde. Dadurch können die geforderten Auslösezeitverzöge
rungen bei Wechsel-, Puls- und glattem Gleichfehlerstrom
nicht zusammenpassend und den Vorschriften (VDE, ÖVE, EN,
IEC) entsprechend eingehalten werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Fehler
strom-Schutzeinrichtung anzugeben, bei deren insbesondere ei
ne auslösezeitverzögerte Fehlerstrom-Auslöseschaltung für
Puls- oder Wechselstrom mit einer Fehlerstrom-Auslöseschal
tung für Gleichfehlerstrom kombiniert werden kann, ohne daß
sich die Auslösezeiten und -ströme gegenseitig beeinflussen.
Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Fehlerstrom-Schutzein
richtung gemäß der Erfindung enthält eine auslösezeitverzö
gerte erste Fehlerstrom-Auslöseschaltung für Wechsel- und
Pulsfehlerstrom und eine zweite Fehlerstrom-Auslöseschaltung
für Gleichfehlerstrom, die parallel zueinander an die Steuer
leitung eines Auslösers für einen Schalter angeschlossen
sind, wobei erste Mittel zur elektronischen Entkopplung der
ersten Fehlerstrom-Auslöseschaltung von der Steuerleitung
vorgesehen sind. Durch diese elektronische Entkopplung können
sich Auslösezeiten und Auslöseströme nicht gegenseitig beein
flussen, so daß bei einer Kombination der beiden Fehlerstrom-
Auslöseschaltungen die charakteristischen Daten für die ein
zelnen Fehlerstrom-Auslöseschaltungen, d. h. der Nennfehler
strom und die Auslösezeitverzögerung der ihnen jeweils zuge
ordneten Fehlerstromarten, auch bei Kombination unverändert
bleiben.
Vorzugsweise ist zwischen der ersten Fehlerstrom-Auslöse
schaltung und dem Auslöser eine erste Entkopplungsschaltung
geschaltet.
Insbesondere ist in der ersten Fehlerstrom-Auslöseschaltung
zur Auslösezeitverzögerung ein Kondensator vorgesehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
umfaßt die erste Entkopplungsschaltung eine Diode, mit der
die erste Fehlerstrom-Auslöseschaltung an den Auslöser ange
schlossen ist. Dadurch ist bei einem Stromfluß im Stromkreis
des Auslösers ein Aufladen des zur Auslösezeitverzögerung
vorhandenen Kondensators in der ersten Fehlerstrom-Auslöse
schaltung vermieden. Dadurch tritt keine unerwünschte Auslö
sezeitverzögerung für die zweite Fehlerstrom-Auslöseschaltung
auf.
Insbesondere umfaßt die erste Entkopplungsschaltung einen pa
rallel zum Kondensator vor die Diode geschalteten Entladewi
derstand. Dadurch wird eine vollständige Entladung des Kon
densators sichergestellt.
Als Diode ist vorzugsweise eine Schottky-Diode vorgesehen,
die eine besonders niedrige Schwellspannung aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der er
sten Entkopplungsschaltung ein Schwellwertschalter vorgese
hen, der ebenfalls eine Aufladung des Kondensators in der er
sten Fehlerstrom-Auslöseschaltung bei ansprechender zweiten
Fehlerstrom-Auslöseschaltung verhindert.
In einer besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung
ist eine zweite Fehlerstrom-Auslöseschaltung vorgesehen, die
ebenfalls auslösezeitverzögert ist, wobei zweite Mittel zur
elektronischen Entkopplung der zweiten Fehlerstrom-Auslöse
schaltung von der Steuerleitung vorgesehen sind. Durch diese
zusätzliche elektronische Entkopplung können sich Auslöse
zeiten und Auslöseströme auch dann nicht gegenseitig beein
flussen, wenn beide Fehlerstrom-Auslöseschaltungen auslöse
zeitverzögert sind.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung
verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung gemäß der
Erfindung in einer Prinzipschaltskizze,
Fig. 2 und 3 vorteilhafte Ausgestaltungen einer in der er
findungsgemäßen Fehlerstrom-Schutzeinrichtung
vorgesehenen ersten Entkopplungsschaltung.
Gemäß Fig. 1 umfaßt eine allstromsensitive Fehlerstrom-Schutz
einrichtung eine erste Fehlerstrom-Auslöseschaltung 2, die an
die Sekundärwicklung 4 eines ersten Summenstromwandlers 6 an
geschlossen ist. Der erste Summenstromwandler 6 dient zur
Überwachung eines mehrphasigen Netzes L1, L2, L3, N auf Wech
sel- und Pulsfehlerstrom.
Die erste Fehlerstrom-Auslöseschaltung 2 enthält einen nach
Masse geschalteten Kondensator C, der zu einer Auslösezeit
verzögerung eines von der ersten Fehlerstrom-Auslöseschaltung
2 angesteuerten Auslösers 8, beispielsweise eine Spulenwick
lung eines Auslöserelais, dient.
Eine zweite, beispielsweise aus der europäischen Patent
schrift 0 440 835 B1 bekannte Fehlerstrom-Auslöseschaltung 10
ist an die Sekundärwicklung 12 eines zweiten Summenstromwand
lers 14 angeschlossen und dient zum Auslösen bei Vorliegen
eines Gleichfehlerstroms. Der Sekundärwicklung 12 des zweiten
Summenstromwandlers 14 ist ein Impulsgenerator 16 zum Vor
magnetisieren des Summenstromwandlers 14 zugeschaltet, der
mit einer Einrichtung zum Symmetrieren des von ihm an die Se
kundärwicklung 12 abgegebenen Signals versehen ist.
Die zweite Fehlerstrom-Auslöseschaltung 10 betätigt über eine
Steuerleitung 18 den Auslöser 8, indem sie den zu seiner Aus
lösung erforderlichen Auslösestrom I treibt. Der Auslöser 8
steht in Wirkverbindung mit einem Schaltschloß 20, mit dem
Schalter 22 ausgelöst werden kann.
Ein Netzteil 24 dient zur Spannungsversorgung der zweiten
Fehlerstrom-Auslöseschaltung 10.
Zwischen der ersten Fehlerstrom-Auslöseschaltung 2 und der
zum Auslöser 8 führenden Steuerleitung 18 ist eine erste Ent
kopplungsschaltung 26 geschaltet, mit der eine Rückwirkung
der ersten Fehlerstrom-Auslöseschaltung 2 auf das Auslösever
halten der zweiten Fehlerstrom-Auslöseschaltung 10 vermieden
wird.
Gemäß Fig. 2 enthält die erste Entkopplungsschaltung 26 hierzu
eine in Serie zum Ausgang der ersten Fehlerstrom-Auslöse
schaltung 2 geschaltete Diode D, mit der verhindert wird, daß
der auf der Steuerleitung 18 bei Auslösen der zweiten Fehler
strom-Auslöseschaltung fließende Auslösestrom I zu einer Auf
ladung des in der ersten Fehlerstrom-Auslöseschaltung 2 nach
Masse geschalteten Kondensators C1 führt. Eine solche Aufla
dung hätte zur Folge, daß ein Auslösen des Auslösers 8 bei
Ansprechen der zweiten Fehlerstrom-Auslöseschaltung 10 zeit
lich verzögert ist, wenn die zweite Fehlerstrom-Auslöse
schaltung 10 in Kombination mit der ersten Fehlerstrom-Aus
löseschaltung 2. ohne Zwischenschaltung einer ersten Ent
kopplungsschaltung 26 betrieben wird.
Der Diode D ist ein hochohmiger Entladewiderstand RE nach
Masse vorgeschaltet, mit dem ein Entladen des Kondensators C1
unter die Schwellspannung der Diode D und ein Wiederherstel
len der Anfangsbedingungen sichergestellt ist. Als Diode D
ist insbesondere eine Schottky-Diode mit niedriger Schwell
spannung und damit niedriger Verlustleistung vorgesehen.
Vorzugsweise sind auch in einem Gleichrichter 28 der ersten
Fehlerstrom-Auslöseschaltung 2 Dioden mit niedriger Schwell
spannung, ebenfalls insbesondere Schottky-Dioden, vorgesehen,
um den durch die Diode D auftretenden Verlust zu verringern
und trotz Zuschaltung der Diode D den zum Auslösen des Aus
lösers 8 erforderlichen Auslösestrom I durch den Auslöser 8
treiben zu können.
In der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 enthält die erste Entkopp
lungsschaltung 26 anstelle der Diode D (Fig. 2) einen Schwell
wertschalter S1, der im Nichtansprechfall der ersten Fehler
strom-Auslöseschaltung 2 geöffnet ist. Dadurch ist eine Be
einflussung des Auslöseverhaltens der zweiten Fehlerstrom-
Auslöseschaltung 10 durch die Zuschaltung der ersten Fehler
strom-Auslöseschaltung 2 vermieden.
Die zweite Fehlerstrom-Auslöseschaltung 10 ist vorzugsweise
ebenfalls auslösezeitverzögert und enthält zur Auslösezeit
verzögerung einen nach Masse geschalteten Kondensator C2 und
ist in diesem Fall insbesondere über eine zweite Entkopp
lungsschaltung 30, im Ausführungsbeispiel ein Schwellwert
schalter S2, an die Steuerleitung 18 angeschlossen. Dadurch
ist auch eine Beeinflussung des Auslöseverhaltens der ersten
Fehlerstrom-Auslöseschaltung 2 durch das Vorhandensein der
zweiten Fehlerstrom-Auslöseschaltung 2 vermieden.
Claims (8)
1. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit einer ersten auslöse
zeitverzögerten Fehlerstrom-Auslöseschaltung (2) für Wechsel- und
Pulsfehlerstrom, und mit einer zweiten Fehlerstrom-Auslö
seschaltung (10) für Gleichfehlerstrom, die parallel zueinan
der an eine Steuerleitung (18) eines Auslösers (8) für einen
Schalter (22) angeschlossen sind, wobei erste Mittel (26) zur
elektronischen Entkopplung der ersten Fehlerstrom-Auslöse
schaltung (2) von der Steuerleitung (18) vorgesehen sind.
2. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, bei der
zwischen der ersten Fehlerstrom-Auslöseschaltung (2) und dem
Auslöser eine erste Entkopplungsschaltung (26) geschaltet
ist.
3. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, bei der zur
Auslösezeitverzögerung in der ersten Fehlerstrom-Auslöse
schaltung (2) ein Kondensator (C1) vorgesehen ist.
4. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, bei der die
erste Entkopplungsschaltung (26) eine Diode (D) umfaßt, mit
der die erste Fehlerstrom-Auslöseschaltung (2) an den Auslö
ser (8) angeschlossen ist.
5. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, bei der die
erste Entkopplungsschaltung (26) einen Entladewiderstand (RE)
umfaßt, der parallel zum Kondensator (C1) und vor die Diode
(D) geschaltet ist.
6. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei
der als Diode (D) eine Schottky-Diode vorgesehen ist.
7. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 3, bei der die erste Entkopplungsschaltung (26) einen
Schwellwertschalter (S1) umfaßt.
8. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 7, bei der die zweite Fehlerstrom-Auslöseschaltung (10)
auslösezeitverzögert ist, wobei zweite Mittel (30) zu ihrer
elektronischen Entkopplung von der Steuerleitung (18) vorge
sehen sind.
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