DE19936214A1 - Meßverfahren und -schaltung für Netzabkoppler zur Bestimmung eines Wiederaufschaltmoments für eine Netzspannung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Messung in einem Netzabkoppler zur Bestimmung des Moments der Wiederaufschaltung der Netzspannung. Nach dem Stand der Technik wird heute eine absolute Einschaltschwelle bzgl. Strom, Widerstand oder Spannung werksseitig oder durch den Anwender einstellbar festgelegt. Erfindungsgemäß wird diese Einschaltschwelle durch eine Differenzmessung ersetzt, d. h. es wird die Strom- oder Spannungsänderung im Einschaltmoment eines Verbrauchers gemessen und als Schaltimpuls verwendet.

Description

Die Funktionalität des Netzabkopplers (im allgemeinen Sprachgebrauch auch be­ kannt als "Netzfreischalter", "Netzabkop­ pelautomat", "Stromsensor", "Feldschal­ tautomat" sowie unter anderen Namen) ist bekannt und heute vielfach im Einsatz. Professionell wird die Funktionalität im gewerblichen Bereich der Gebäudewirt­ schaft genutzt: So ist es für Pförtner, Hausmeister, Nachtwächter etc. nützlich, wenn sie mit einem Blick auf den Netzab­ koppler erkennen können, daß in dem damit überwachten Bereich keine Ver­ braucher mehr am Netz sind.

Die heute geführte Diskussion über die potentielle Schädlichkeit von elektrischen und magnetischen NF-Wechselfeldern führt allerdings auch zu dem Bedürfnis, diese potentielle Belastung vorsorglich zu reduzieren. Deshalb wird heute die Funk­ tionalität viel häufiger von Menschen ge­ nutzt, die sich eine Verbesserung des Wohlbefindens davon versprechen, daß sie Ihre Exposition gegenüber magneti­ schen und spezielle elektrischen Wech­ selfeldern im erweiterten Niederfrequenz­ bereich minimieren.

Sein Funktionsprinizp ist das folgende: Er wird vorzugsweise im Haussicherungska­ sten von Privathaushalten nach der ei­ gentlichen Sicherung für den jeweiligen Stromkreis eingebaut und koppelt den entsprechenden Stromkreis von der Ver­ sorgungsnetzspannung ab, sobald kein Verbraucher mehr in diesem Stromkreis angeschlossen ist. Sobald die Versor­ gungsspannung wieder von einem einge­ schalteten Verbraucher benötigt wird, schaltet er die Versorgungsnetzspannung wieder auf den jeweiligen Stromkreis auf. Zu diesem Zweck ist enthält der Ab­ koppler an funktionsbestimmenden Kom­ ponenten einen Sensor mit entsprechen­ der Schaltungsanordnung, welcher mit­ tels einer Überwachungsspannung de­ tektiert, wann der Netzstrom "gebraucht" wird und wann nicht, und einen Schalter, vorzugsweise ein Relais, welches die ei­ gentliche Schaltung "Abkopplung" durchführt.

Stand der Technik

Nach dem Stand der Technik wird heute eine absolute Einschaltschwelle bzgl. Strom oder Spannung werksseitig oder durch den Anwender einstellbar festge­ legt. Sobald durch Einschalten eines Ver­ brauchers diese Schwelle überschritten wird, schaltet der Netzabkoppler die Ver­ sorgungsnetzspannung wieder auf den betreffenden Netzabschnitt auf. Dieses Verfahren hat verschiedene, wesentliche Nachteile:

• - Bei Schaltungen nach dem Stand der Technik können Drehdimmer, Leucht­ stoffröhren, Energiesparlampen und andere Verbraucher mit elektroni­ schen Vorschaltgeräten nicht oder zumindest nicht zuverlässig gefunden werden - ein gravierende praktischer Nachteil. Dieses Manko läßt sich nur sehr aufwendig durch den Einbau von Grundlasten in alle betreffenden Ver­ braucher beheben.
• - Aus praktischer Sicht kann es sinnvoll sein, gewisse Grundumsätze z. B. durch Sickerströme in den Wänden, die gerade bei alten Verkabelungen oft vorkommen, zuzulassen. Diese Sickerströme ändern sich jedoch mit der Zeit (Alterung). Absolute Schalt­ schwellen müssen somit angepaßt werden, damit zuverlässig geschaltet wird.
• - Ein weiteres systematisches Problem bei der Arbeit mit absoluten Schalt­ schwellen stellen Transformatoren, z. B. Steckernetzteile, dar: Durch den unterschiedlichen Widerstand dieser induktiven Last für Gleich- und Wech­ selspannung kommen herkömmliche Netzabkoppler in einen instabilen Zu­ stand, d. h. sie schalten immer ein- und aus.

Diese Nachteile lassen sich mit dem er­ findungsgemäßen Verfahren bzw. Schal­ tung vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die Einschalt­ schwelle durch eine Differenzmessung ersetzt, d. h. es wird die Strom- oder Spannungsänderung im Einschalt­ moment eines Verbrauchers gemessen und als Schaltimpuls verwendet. Das heißt, ein Einschaltereignis differenziert sich bzgl. der Strom-/Spannungskurve deutlich von z. B. der Kurve, die ein Alte­ rungsereignis verursacht und zwar durch eine erheblich kleinere Zeitkonstante. Dies ist ein wesentliches Element der Er­ findung: Es ist gewünscht, kurzzeitige Änderungen genau zu analysieren und Langezeiteffekte, z. B. Termodrift, Alte­ rung oder Sickerströme in den Wänden "auszublenden". Zur Illustration zwei Bei­ spiele:

Die meisten elektronisch geregelten Ge­ räte und Leuchtmittel mit einem elektroni­ schen Vorschaltgerät haben vorschrifts­ mäßig einen Kondensator zur Blindlei­ stungskompensation oder Störungsun­ terdrückung vorgeschaltet. Beim Ein­ schalten muß dieser zunächst geladen werden, was eine einfach zu detektieren­ de Stromspitze erzeugt.

Noch einfacher ist die Sache z. B. bei Glühlampen: sie ziehen beim Einschalten kurzzeitig ein Vielfaches des Nennstroms, der wiederum leicht gemessen werden kann.

Um ein möglichst breites Spektrum an verschiedenen Verbrauchern sicher zu detektieren einerseits und nicht zu emp­ findlich gegen ungewollte Strom- und Spannungsänderungen durch überge­ koppelte Störungen zu werden, ist die Höhe der Strom- oder Spannungsände­ rung, die zum Einschalten des Netzab­ kopplers führt, werksseitig oder durch den Benutzer oder Installateur am Gerät einstellbar. Zusätzlich ist die Höhe der "erlaubten" Grundumsätze im o. g. Sinne (z. B. für Sickerströme) werksseitig oder durch den Benutzer oder Installateur am Gerät einstellbar. D. h. die Ausschalt­ schwelle ist ebenfalls über einen weiten Bereich bis zu 100 Watt "zugelassener Verbrauch", der mit abgeschaltet wird, regelbar.

Das Verfahren läßt sich als eine Ableitung des Eingangssignals nach der Zeit d(f)/d(t) beschreiben. Das Eingangssignal ist da­ bei die charakteristische Stromflussän­ derung im Einschaltmoment unterschied­ licher Lasten. Die jeweils charakteristi­ schen Eingangs- und Ausgangssignale der Differenzierung sind in Zeichung 1 am Beispiel des Stroms aufgezeichnet.

Hieraus wird deutlich, daß die herkömmli­ chen Absolutschwellenwert-Verfahren das Einschalten großer resistiver Lasten R einfach erkennen können.

Eine kapazitive Last C kann damit jedoch nicht gefunden werden, weil die dauer­ hafte Veränderung des Schaltsignals gleich Null ist: Der Kondensator wird ge­ laden und wenn er voll ist, ist der Strom­ fluss wieder Null. Herkömmliche Netzab­ koppler arbeiten mit Zeitkonstanten um unempfindlicher gegen Störungen zu sein. Am Ende dieser Zeitkonstante wird geprüft, ob eine Veränderung des Schalt­ signals zu verzeichnen ist, wenn nicht (und im Falle der kapazitiven Last ist das der Fall) schalten sie die Netzspannung nicht zu.

Bei einer induktiven Last scheitern her­ kömmliche Verfahren daran, daß die Überwachungsgleichspannung diese als niederohmig "sieht" und deshalb zu­ schaltet, die Wechselspannung aber als hochohmig was zum Abschalten führt.

Während des Abschaltens der Netzspan­ nung wird das Meßsystem "blind"- geschaltet um zu verhindern, daß das Aufladen des Netzwerkes beim zeitglei­ chen Aufschalten der Überwachungs­ spannung gleich wieder als Einschaltsi­ gnal für die Netzspannung ausgewertet wird.

Die Ableitung ist schaltungstechnisch nicht aufwendig zu realisieren und Stand der Technik. Neu ist das Verfahren an sich, vom absoluten Schwellenwert als Auslöser des Schaltvorgangs in einem Netzabkoppler auf die vom Absolutwert unabhängige Veränderung des Absolut­ wertes als Auslöser des Schaltvorgangs überzugehen (differenzielles Verfahren).

Eine mögliche schaltungstechnische Um­ setzung der beschriebenen Lösung findet sich auf Zeichnung 2.

Claims (5)

1. Meßverfahren und Schaltung für Netzabkoppler zur Bestimmung eines Wiederaufschaltmoments für eine Netz­ spannung dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltsignal eine relative Verän­ derung eines fließenden Überwachungs­ stroms oder einer anliegenden Überwa­ chungsspannung, unabhängig vom zu Beginn dieser Veränderung vorliegenden Absolutwert der genannten Parameter, verwendet wird.

2. Meßverfahren und Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus unterschiedlichen Eingangs­ signalen, durch Ableitung des Schaltsi­ gnals nach der Zeit ein ähnliches und damit einfach auswertbares Ausgangs- beziehungsweise Schaltsignal generiert wird.

3. Meßverfahren und Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierungsschaltung gemäß Anspruch 2 während des Aufschaltens einer Überwachungsspannung gebrückt wird.

4. Meßverfahren und Schaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der für die Auslösung des Schaltvorgangs benötigten Strom- oder Spannungsänderung einstellbar ist.

5. Meßverfahren und Schaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutwert des Stromflusses im durchgeschalteten Zustand, der zur Ab­ schaltung der Netzspannung führt, bis zum Äquivalent von etwa 100 Watt ein­ stellbar ist.