DE19940343A1 - Fehlerstrom-Schutzeinrichtung - Google Patents

Abstract

Um bei einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (1) mit einem Summenstromwandler (2), dessen Sekundärwicklung (N2) in einem Auslösekreis (4) einem Auslöserelais (6) zur Betätigung einer ein Leiternetz (LN) schaltenden Schaltmechanik (7) nachgeschaltet ist, einen im gesamten Fehlerstrom-Frequenzbereich von 50 Hz bis mindestens 20 kHz unterhalb des Bemessungsfehlerstroms (I Kn ) liegenden Auslösefehlerstrom (I A ) zu ermöglichen, ist einerseits der Wandlerkern (3) des Summenstromwandlers (2) zur Erfassung sowohl niederfrequenter als auch hochfrequenter Fehlerströme (I f ) ausgelegt. Andererseits ist der gesamte Auslösekreis (4) tiefpassfrei, d. h. es sind keine Parallelkapazitäten im Auslösekreis (4) vorhanden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fehlerstrom-Schutzein­ richtung mit einem Summenstromwandler, dessen Sekundärwick­ lung in einem Auslösekreis ein Auslöserelais zur Betätigung einer ein Leiternetz schaltenden Schaltmechanik nachgeschal­ tet ist. Als Auslösekreis wird ein Stromkreis bezeichnet, entlang dessen eine elektrische Kontrollgröße erzeugt und diese bewertet wird, und der ein elektrisches Auslösesignal erzeugt, das bei Vorliegen einer Auslösebedingung ein Aus­ löserelais aktiviert, d. h. zur Auslösung bringt.

Eine derartige Fehlerstrom-Schutzeinrichtung dient zur Si­ cherstellung des Schutzes gegen einen gefährlichen Körper­ strom in einer elektrischen Anlage. Ein solcher tritt bei­ spielsweise dann auf, wenn eine Person ein spannungsführendes Teil einer elektrischen Anlage berührt. Der Fehlerstrom (oder auch Differenzstrom) fließt dann über die Person als Körper­ strom gegen Erde ab. Die zum Schutz gegen gefährliche Körper­ ströme eingesetzte Schutzeinrichtung trennt bei Überschreiten des sogenannten Auslösefehlerstroms den betroffenen Strom­ kreis sicher und schnell vom Netz.

Der Aufbau bekannter Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen ist bei­ spielsweise aus der "etz" (1986), Heft 20, Seiten 938 bis 945, bekannt. Dort sind in den Bildern 1 bis 3 Prinzipschalt­ bilder und Funktionsprinzipien eines Fehlerstrom-Schutzschal­ ters (FI-Schutzschalter) und eines Differenzstrom-Schutz­ schalters (DI-Schutzschalter) dargestellt. Der FI- und der DI-Schutzschalter sind in ähnlicher Art und Weise aus drei Baugruppen aufgebaut. In der Sekundärwicklung eines Summen­ stromwandlers, durch dessen Wandlerkern alle stromführenden Leiter eines Leiternetzes geführt sind, wird im Fall eines Fehlerstroms ein Spannungssignal induziert, das ein über eine Auslösekreiselektronik oder Auslöseschaltung mit der Sekun­ därwicklung verbundenes Auslöserelais ansteuert. Das Auslöse­ relais betätigt daraufhin eine Schaltmechanik, mittels derer die Leiter des Leiternetzes getrennt werden. Dabei ist die Auslöseschaltung des FI-Schutzschalters ausschließlich induk­ tiv über den Summenstromwandler an das Leiternetz gekoppelt. Er entnimmt somit die zur Auslösung notwendige Energie netz­ spannungsunabhängig aus dem Fehlerstrom selbst. Dagegen er­ folgt beim DI-Schutzschalter die Auslösung netzspannungsab­ hängig mittels einer Verstärkerschaltung, die galvanisch mit dem Leiternetz verbunden ist.

Der Auslösefehlerstrom ist in der Norm DIN VDE 0664 Teil 10 ( = deutsche Übersetzung der Vorschrift EN 61008) definiert. Er ist der Wert des Fehlerstroms, der einen FI- oder DI- Schutzschalter unter festgelegten Bedingungen zum Auslösen bringt. Dabei entspricht bei z. B. sinusförmigen Wechsel­ fehlerströmen der Auslösefehlerstrom dem 0,5- bis 1-fachen des Bemessungsfehlerstroms, der wiederum ein Maß für die Aus­ löseempfindlichkeit des FI- oder DI-Schutzschalters ist. So darf beispielsweise zum Personenschutz bei direktem Berühren aktiver Teile der Bemessungsfehlerstrom nicht mehr als 30 mA betragen, während eine FI-Schutzeinrichtung mit einem Be­ messungsfehlerstrom größer 30 mA Schutz nur bei indirektem Be­ rühren bietet.

Das Auslöseverhalten des Schutzschalters ist zudem üblicher­ weise auch auf eine bestimmte Frequenz, z. B. auf 50 Hz, oder auf einen bestimmten Frequenzbereich, z. B. auf 50 Hz bis 400 Hz, abgestimmt. Trotz dieser Abstimmung können diese Schutzeinrichtungen dennoch auch bei höheren Frequenzen Per­ sonenschutz bieten, sofern der Auslösefehlerstrom unterhalb der vorgegebenen Grenzkurve für Herzkammerflimmern nach der Vorschrift IEC 60479 liegt. Entsprechend dieser Grenzkurve darf der Auslösestrom bei 1 kHz bis etwa 420 mA ansteigen, um noch Personenschutz zu bieten.

Um darüber hinaus auch einen Brandschutz bei einer derartigen Schutzeinrichtung sicherzustellen, darf zur Brandvermeidung eine elektrische Leistung von maximal 100 W unabhängig von der Frequenz nicht überschritten werden. Legt man eine Spannung zwischen einem Außenleiter und Erde von 230 V zugrunde, ergibt sich ein Auslösefehlerstrom von maximal 430 mA, der zur Brand­ vermeidung nicht überschritten werden darf. Bei anderen Netz­ spannungen ergeben sich entsprechende andere Grenzwerte für den Auslösefehlerstrom.

Problematisch bei bisherigen FI-Schutzeinrichtungen ist es jedoch, dass deren Auslösefehlerstrom mit zunehmender Fre­ quenz stetig ansteigt und bei hohen Frequenzen, insbesondere im Kilohertz-Bereich, den für den Brandschutz maximal ver­ tretbaren Wert von in diesem Beispiel 430 mA überschreitet. Bei Anwendungsfällen in elektrischen Anlagen, in denen Fre­ quenzumrichter und Geräte mit getakteten Stromversorgungen eingesetzt sind, können zudem im Fehlerfall auch Fehlerströme mit Fehlerstromfrequenzen bis etwa 20 kHz auftreten mit der Folge, dass der Auslösefehlerstrom der Schutzeinrichtung oder des Schutzschalters in der beschriebenen Weise über den Grenzwert hinaus ansteigt und ein Brandschutz nicht mehr in allen Fällen sichergestellt ist. Durch die stark zunehmende Anzahl von Betriebsmitteln, die im Fehlerfall solche Fehler­ ströme mit höherer Frequenz generieren können, gewinnt dieses Problem zunehmend an Bedeutung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fehler­ strom-Schutzeinrichtung oder einen FI-Schutzschalter derart weiterzubilden, dass auch bei oberhalb von 1 kHz liegenden Frequenzen eines erfassten Fehlerstroms der Auslösefehler­ strom den jeweils vorgegebenen Bemessungsfehlerstrom, insbe­ sondere hinsichtlich eines Sach- und/oder Brandschutzes, nicht überschreitet. Insbesondere soll über einen Fehler­ strom-Frequenzbereich von ca. 50 Hz bis ca. 20 kHz der Auslöse­ fehlerstrom den jeweils vorgegebenen Bemessungsfehlerstrom nicht überschreiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu ist einerseits der Wandlerkern des Sum­ menstromwandlers zur Erfassung wechsel- und/oder pulsstrom­ förmiger Fehlerströme gemäß Typ A oder Typ AC der der deut­ schen Norm VDE 0664, Teil 10, entsprechenden Vorschrift EN 61008 und zusätzlich zur Erfassung sowohl niederfrequenter Fehlerströme, insbesondere unterhalb von 1 kHz, als auch hoch­ frequenter Fehlerströme, insbesondere ab 1 kHz bis z. B. 20 kHz, ausgelegt. Andererseits ist der Auslösekreis, der eine zwischen die Sekundärwicklung des Summenstromwandlers und das Auslöserelais geschaltete Auslöseelektronik oder -schaltung umfasst, tiefpassfrei. Mit anderen Worten: Zwischen der Se­ kundärwicklung des Summenstromwandlers und dem Auslöserelais liegt keine Parallelkapazität oder ein anderes frequenzbeein­ flussendes Bauteil, das insbesondere hochfrequente Fehler­ ströme herausfiltert.

Hochfrequente Fehlerstromformen von z. B. mehreren Kilohertz werden insbesondere von einem Summenstromwandler erfasst, dessen Wandlerkern aus nanokristallinem oder amorphem Werk­ stoff gebildet ist. Der Einsatz von nanokristallinem Kern­ werkstoff zu diesem Zweck ist z. B. aus der DE 197 02 371 A1 an sich bekannt. Ein derartiger Werkstoff ist eine rascher­ starrte weichmagnetische Legierung mit dem Vorteil eines ge­ genüber kristallinen weichmagnetischen Werkstoffen zwei- bis dreimal höheren elektrischen Widerstandes. In Verbindung mit herstellungsbedingt geringen Banddicken von typischerweise 20 µm werden Wirbelstromverluste deutlich reduziert, so dass dieser amorphe oder nanokristalline Werkstoff insbesondere für den hochfrequenten Bereich vorteilhaft ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass bei ei­ ner derartigen Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Brandschutz bei Fehlerströmen im gesamten Frequenzbereich von 50 Hz bis 20 kHz sichergestellt ist, wenn der Auslösestrom unterhalb der z. B. 430 mA bei 100 W und 230 V, insbesondere unterhalb von 300 mA, liegt.

Insbesondere bei einem Bemessungsfehlerstrom von 300 mA ist der Auslösefehlerstrom im gesamten Frequenzbereich des Feh­ lerstroms von 50 Hz bis mindestens 20 kHz annähernd konstant und liegt dabei vorzugsweise zwischen 200 mA und 250 mA. Da­ durch ist in diesem Frequenzbereich die Bedingung für eine wechselstromsensitive FI-Schutzeinrichtung erfüllt. Zusätz­ lich werden bei einer Frequenz von 50 Hz oder im Frequenz­ bereich von beispielsweise 50 Hz bis 400 Hz auch pulsierende Gleichfehlerströme erfaßt.

Der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers ist ein ohmscher Widerstand als Bürde parallelgeschaltet, um eine zumindest grobe Einstellung des Auslösefehlerstroms zu erreichen. Eine Feineinstellung des Auslösefehlerstroms erfolgt zweckmäßiger­ weise am Auslöserelais.

Um eine möglichst hohe Fehlauslösefestigkeit beim Schalten von induktiven Verbrauchern an langen Leitern zu erreichen, umfasst die Auslöseschaltung der FI-Schutzeinrichtung vor­ zugsweise eine Verzögerungsschaltung oder Kurzzeitverzöge­ rung, der ein Gleichrichter, beispielsweise in Form eines Brückengleichrichters, vorgeschaltet ist. Die Verzögerungs­ schaltung weist dazu gleichstromseitig vorzugsweise eine Par­ allelschaltung aus einem Ladekondensator und einem Entladewi­ derstand auf. Um eine Entladung des Ladekondensators über das Auslöserelais zu vermeiden, ist diesem RC-Verzögerungsglied eine Diode vorgeschaltet. Der Kondensator ist dabei derart dimensioniert, dass die Auslösezeit beim Bemessungsfehler­ strom vorzugsweise ca. 100 ms beträgt.

Um zusätzlich zu einer hohen Fehlauslösefestigkeit auch einen Überspannungsschutz für die im Auslösekreis liegenden Bau­ teile sicherzustellen, ist der Sekundärwicklung des Summen­ stromwandlers ein Überspannungsschutzelement, parallelge­ schaltet, das bzw. die die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung auf einen entsprechenden Wert begrenzt. Bei geeig­ neter Dimensionierung des Überspannungselements, das vorzugs­ weise eine Suppressordiode ist, wird gleichzeitig eine hohe Fehlauslösefestigkeit der FI-Schutzeinrichtung bei durch die Primärwicklung des Summenstromwandlers fließenden Stoßströ­ men, beispielsweise infolge von Blitzschlägen, erreicht.

Ein zweckmäßigerweise in den Auslösekreis geschalteter Rei­ henkondensator bildet zusammen mit der Induktivität der Se­ kundärwicklung des Summenstromwandlers einerseits und der In­ duktivität des Auslöserelais andererseits einen Reihenreso­ nanzkreis, so dass für das Auslöserelais eine besonders hohe Auslösescheinleistung und damit eine ausreichend hohe Auslö­ sungsenergie bereitgestellt wird.

Zur Erweiterung der FI-Schutzeinrichtung kann ein weiteres Erfassungssystem für glatte Gleichfehlerströme vorgesehen sein, das an dasselbe Auslöserelais geführt ist. Um dabei den Auslösekreis für Wechsel- und Pulsfehlerströme und das Erfas­ sungssystem für glatte Gleichfehlerströme zu entkoppeln, ist in der Auslöseschaltung dem Auslöserelais eine Entkopplungs­ diode vorgeschaltet. Durch die dadurch ermöglichte Ankopplung des zusätzlichen Erfassungsteils für glatte Gleichfehler­ ströme ist praktisch eine allstromsensitive FI-Schutzein­ richtung bereitgestellt, die Fehlerströme im gesamten Fre­ quenzbereich von 0 Hz bis 20 kHz erfasst und entsprechend den einschlägigen Vorschriften auswertet, ohne dass der Auslöse­ fehlerstrom innerhalb dieses Frequenzbereichs die vorge­ schriebenen Grenzwerte über- bzw. unterschreitet. Die FI- Schutzeinrichtung kann dabei praktisch für beliebige Be­ messungsfehlerströme, insbesondere für einen Bemessungs­ fehlerstrom von 30 mA oder 300 mA, ausgelegt sein, wobei der Auslösefehlerstrom innerhalb des genannten gesamten Frequenz­ bereichs den jeweiligen Bemessungsfehlerstrom stets unter­ schreitet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit einem ersten Erfassungssystem für Wechsel- und Pulsfehlerströme und mit einem an dieses ankoppel­ baren zweiten Erfassungssystem für glatte Gleich­ fehlerströme, und

Fig. 2 in einem logarithmisch aufgetragenen Frequenz/­ -Auslösefehlerstrom-Diagramm die Auslösefehler­ stromkurve des ersten Erfassungssystems gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte FI-Schutzeinrichtung 1 umfasst ei­ nen ersten Summenstromwandler 2 mit einem aus nanokristalli­ nem oder amorphem Werkstoff bestehenden Wandlerkern 3 durch den die drei Phasen L_i mit i = 1, 2,3 sowie der Neutrallei­ ter N eines 4-Leiternetzes LN geführt sind. Die FI-Schutzein­ richtung 1 ist dabei einem (nicht dargestellten) elektrischen Verbraucher vorgeschaltet, welcher aus dem Leiternetz LN mit Strom versorgt wird. Der Wandlerkern 3 ist zusätzlich zu der durch die Phasenleiter L_i gebildeten Primärwicklung N1 mit einer Sekundärwicklung N2 versehen, welche in einem Auslöse­ kreis 4 über eine Auslöseschaltung 5 mit einem Auslösere­ lais 6 verbunden ist.

Im störungsfreien Betrieb des Leiternetzes LN und des Ver­ brauchers ist die vektorielle Summe der durch den Wandler­ kern 3 fließenden Ströme stets Null. Eine Störung tritt dann auf, wenn z. B. infolge eines Isolationsfehlers ein Teil des zugeführten Stroms verbraucherseitig über Erde abgeführt wird als sogenannter Fehler- oder Differenzstrom I_f. In diesem Fall ergibt die vektorielle Summe der durch den Wandlerkern 3 fließenden Ströme einen von Null verschiedenen Betrag. Dieser Differenz- oder Fehlerstrom I_f induziert in der Sekundärwick­ lung N2 eine als Maß für den Fehlerstrom I_f dienende Ein­ gangsspannung U_e, die über die Auslöseschaltung 5 in eine Ausgangsspannung U_a und einen entsprechenden, durch das Aus­ löserelais 6 geführten Ausgangsstrom I_a umgewandelt wird.

Überschreitet der Fehlerstrom I_f einen in der Auslöseschal­ tung 5 und/oder im Auslöserelais 6 eingestellten Sollwert oder Auslösefehlerstrom I_A, so wird das im Auslösekreis 4 liegende Auslöserelais 6, das vorzugsweise als Haltemagnet ausgeführt ist, ausgelöst. Dadurch öffnet eine mit dem Aus­ löserelais 6 gekoppelte Schaltmechanik 7 die Schaltkontakte eines Schalters 8, der auf alle Leiter L_i,N des Leiter­ netzes LN wirkt.

Der Auslösekreis 4 ist dabei vorzugsweise für die Erfassung von sinusförmigen Wechselfehlerströmen nach Typ AC gemäß EN 61008 oder gemäß Typ A der Norm EN 61008 für die Erfassung sowohl sinusförmiger Wechselfehlerströme als auch pulsieren­ der Gleichfehlerströme ausgelegt. Gemäß dieser Norm darf der Auslösefehlerstrom I_A bei sinusförmigen Wechselfehlerströmen zwischen dem 0,5-fachen und dem 1-fachen des Bemessungs­ fehlerstroms liegen. Bei pulsierenden Gleichfehlerströmen darf der Auslösefehlerstrom I_A das 1,4-fache des Bemessungs­ fehlerstroms nicht überschreiten. Um einerseits einen Brand­ schutz sicherzustellen, wozu ein Bemessungsfehlerstrom I_{Δ n} von 300 mA zugelassen ist, und andererseits die gültigen Aus­ lösegrenzen von 0,5.I_{Δ n} bis 1.I_{Δ n} nicht zu überschreiten, wird vorzugsweise der Auslösefehlerstrom I_A auf einen unterhalb von 300 mA liegenden Wert, beispielsweise auf 200 mA bis 250 mA, eingestellt.

Eine entsprechende Einstellung des Auslösefehlerstroms I_A er­ folgt einerseits mittels einer der Sekundärwicklung N2 des Summenstromwandlers 2 parallelgeschalteten Bürde in Form ei­ nes ohmschen Widerstands R1. Dadurch ist zumindest eine Grob­ einstellung des Auslösefehlerstroms I_A möglich. Eine Feinein­ stellung erfolgt bei einer Fehlerstromfrequenz von 50 Hz in an sich bekannter Weise durch gezielte Abmagnetisierungsimpulse eines im Auslöserelais 6 enthaltenen Dauermagneten, der im störungsfreien Zustand einen Auslöseanker gegen die Kraft ei­ ner Rückstellfeder an den Schenkelenden eines U-förmigen Ma­ gnetjoches hält. Die Funktionsweise eines derartigen als Hal­ temagnet ausgeführten Auslöserelais 6 ist in "etz", Band 110 (1989), Heft 12, Seiten 580 bis 584 beschrieben und in dem dortigen Bild 4 prinzipiell gezeigt.

Eine dem Widerstand R1 parallelgeschaltete bidirektionale Suppressordiode V1 begrenzt die in der Sekundärwicklung N2 induzierte Spannung auf einen Wert derart, dass einerseits in der Auslöseschaltung 5 vorgesehene Bauelemente vor Über­ spannungen geschützt sind, und dass andererseits eine hohe Fehlauslösefestigkeit der FI-Schutzeinrichtung 1 bei durch die Primärwicklung N1 fließenden Stoßströmen, beispielsweise infolge von Blitzeinschlägen, erreicht wird.

Ein innerhalb der Auslöseschaltung 5 in den Auslösekreis 4 geschalteter Reihenkondensator C1 bildet zusammen mit den In­ duktivitäten der Sekundärwicklung N2 und des Auslöserelais 6 einen Resonanzkreis. Durch geeignete Dimensionierung der Ka­ pazität des Reihenkondensators C1 kann somit für das Auslöse­ relais 6 die maximale Auslösescheinleistung und damit die für diese erforderliche Auslöseenergie zur Verfügung gestellt werden.

Um zu vermeiden, dass kurzzeitige, im Kilohertz-Bereich lie­ gende Fehlerströme I_f mit einer Zeitdauer von wenigen Milli­ sekunden zu unerwünschten Fehlauslösungen führen, wird die dadurch erzeugte Energie der in der Sekundärwicklung N2 in­ duzierten Störspannung in einem Ladekondensator C2 gespei­ chert. Ein dem Kondensator C2 parallelgeschalteter Wider­ stand R4 entlädt den Kondensator C2 nach oder im Anschluß an den Störvorgang, damit dieser bei einem folgenden Störvorgang erneut Energie aufnehmen oder speichern kann. Eine dieser Parallelschaltung aus dem Ladekondensator C2 und dem Wider­ stand R4 in Reihe vorgeschaltete Diode V6 verhindert dabei ein Entladen des Kondensators C2 über das Auslöserelais 6, was andernfalls zu einer Fehlauslösung des Auslöserelais 6 führen könnte.

Die für die Kurzzeitverzögerung erforderliche Gleichspannung bzw. der dazu erforderliche Gleichstrom wird mit Hilfe eines Gleichrichters erzeugt, der innerhalb der Auslöseschaltung 5 durch vier in Brückenschaltung liegende Dioden V2 bis V5 re­ alisiert ist. Ein auf der Gleichstromseite des Brücken­ gleichrichters V2 bis V5 mit der Diode V6 anodenseitig ver­ bundener Widerstand R2 begrenzt den Strom durch die Diode V6 und schützt diese vor einer Überbeanspruchung. Ein weiterer anodenseitig mit der Diode V6 verbundener Widerstand R3 wirkt als zusätzliche Dämpfung für Störspannungen.

Innerhalb der Auslöse Schaltung 5 ist im Auslösekreis 4 dem Auslöserelais 6 eine Reihenschaltung aus zwei Zenerdioden V7 und V8 parallelgeschaltet. Diese begrenzen die Spannung U_a am Auslöserelais 6 und verhindern ein Ummagnetisieren des als Haltemagnet ausgeführten Auslöserelais 6 bei hohen Fehler­ strömen von beispielsweise I_f < 600 mA. Derart hohe Fehler­ ströme I_f würden ansonsten zu einem Auslöseversagen führen. Die Zenerdioden V7 und V8 weisen zweckmäßigerweise eine Ze­ nerspannung von 1 V auf und werden daher technologiebedingt in Durchlassrichtung betrieben.

Eine dem Auslöserelais 6 vorgeschaltete Diode V9 entkoppelt das Auslöserelais 6 von der übrigen Auslöseschaltung 5. Da­ durch ist es möglich, an Anschlüsse X1 und X2 des Auslösere­ lais 6 und damit parallel zu diesem ein Erfassungsteil für glatte Gleichfehlerströme I_f' anzuschließen. Dieses ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch einen weiteren Sum­ menstromwandler 9 und eine Auslöseelektronik 10 gebildet, die mit der Sekundärwicklung N2' des Summenstromwandlers 9 ein­ gangsseitig verbunden ist. Ausgangsseitig ist die Auslöse­ elektronik 10 an die Anschlüsse X1 und X2 geführt. Die Aus­ löseelektronik 10 ist - im Gegensatz zum Auslösekreis 4 - spannungsversorgt und dazu mit dem oder jedem Leiter L_i,N des Leiternetzes LN verbunden. Der Summenstromwandler 9 erfasst die glatten Gleichfehlerströme I_f' beispielsweise nach dem Funktionsprinzip der gesteuerten Induktivität. Dieses Funk­ tionsprinzip ist in "drive & control", Heft 4/93, Seiten 22 bis 25 beschrieben.

Das erste Erfassungssystem mit dem Summenstromwandler 2 sowie dem zusammen mit der Auslöseschaltung 5 in dem Auslösekreis 4 liegenden Auslöserelais 6 ermöglicht die Erfassung von sinus­ förmigen Wechselfehlerströmen I_f im Frequenzbereich von 50 Hz bis 20 kHz, wobei der Auslösefehlerstrom I_A über diesen gesam­ ten Frequenzbereich annähernd konstant zwischen 200 mA und 250 mA liegt. Dies ist in Fig. 2 anhand einer beispielsweise für einen Bemessungsfehlerstrom I_{Δ n} = 300 mA ausgelegten FI- Schutzeinrichtung 1 veranschaulicht. Zusätzlich werden bei einer Fehlerstromfrequenz I_f von 50 Hz oder einem Fehlerstrom- Frequenzbereich von beispielsweise 50 Hz bis 400 Hz pulsierende Gleichfehlerströme erfaßt.

Dieser gemäß Fig. 2 annähernd konstante Verlauf des Auslöse­ fehlerstroms I_A über den gesamten Frequenzfehlerstrom-Fre­ quenzbereich von 50 Hz bis mindestens 20 kHz wird einerseits durch den Einsatz des aus nanokristallinem oder amorphem Werkstoff bestehenden Wandlerkerns 3 des Summenstromwand­ lers 2 erreicht. Dadurch ist zunächst gewährleistet, dass so­ mit sowohl niederfrequente als auch hochfrequente Wechsel­ fehlerströme I_f mit einer Fehlerstromfrequenz f zwischen 50 Hz und mindestens 20 kHz erfasst werden. Andererseits wird dieser annähernd konstante Verlauf des Auslösefehlerstroms I_a über diesen-Bereich der Fehlerstromfrequenz f dadurch erzielt, dass im Auslösekreis 4, d. h. zwischen der Sekundärwicklung N2 und dem Auslöserelais 6 keine Parallelkapazitäten oder an­ dere frequenzbeeinflussenden Bauteile liegen, die hoch­ frequente Fehlerströme I_f kurzschließen und damit heraus­ filtern könnten.

Der Auslösekreis 4 ist somit tiefpassfrei. Dies wiederum be­ deutet, dass sowohl niederfrequente Fehlerströme I_f als auch hochfrequente Fehlerströme I_f im Kilohertz-Bereich erfasst und bewertet werden. Die FI-Schutzeinrichtung 1 ist somit derart ausgelegt, dass im gesamten Fehlerstrom-Frequenzbe­ reich von 50 Hz bis mindestens 20 kHz der Auslösefehlerstrom I_A den im Ausführungsbeispiel zugrundegelegten Bemessungsfehler­ strom I_{Δ n} von 300 mA mit genügendem Sicherheitsabstand unter­ schreitet, zumindest jedoch nicht überschreitet.

Durch die Ankopplung des zweiten Erfassungssystems 9, 10 für glatte Gleichfehlerströme ist aufgrund der Entkopplung über die Diode V9 der beiden Erfassungssysteme die FI-Schutzein­ richtung 1 in einfacher und zuverlässiger Art und Weise er­ weiterbar auf eine allstromsensitive FI-Schutzeinrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen I_f im Frequenzbereich von 0 Hz bis mindestens 20 kHz. Dabei darf der Auslösefehlerstrom I_A bei glatten Gleichfehlerströmen I_f' (f = 0 Hz) gemäß der Norm IEC 60755 auf maximal 2.I_{Δ n} = 600 mA ansteigen.

Claims (13)

1. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (1) mit einem Summenstrom­ wandler (2), dessen Sekundärwicklung (N2) in einem Auslöse­ kreis (4) ein Auslöserelais (6) zur Betätigung einer ein Lei­ ternetz (LN) schaltenden Schaltmechanik (7) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerkern (3) des Summenstromwandlers (2) zur Erfassung so­ wohl niederfrequenter als auch hochfrequenter Fehlerströ­ me (I_f) ausgelegt ist, und dass der eine dem Auslöserelais (6) vorgeordnete Auslöseschaltung (5) aufweisende Auslöse­ kreis (4) tiefpassfrei ist.

2. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass der Wandler­ kern (3) aus nanokristallinem oder amorphem Werkstoff ge­ bildet ist.

3. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wand­ lerkern (3) zur Erfassung wechsel- und/oder pulsförmiger Feh­ lerströme (I_f) gemäß Typ A bzw. Typ AC der Vorschrift EN 61008 ( = VDE 0664 Teil 10) ausgelegt ist.

4. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslösefehlerstrom (I_A) bei einer Fehlerstromfrequenz (f) im Frequenzbereich zwischen 50 Hz und mindestens 20 kHz kleiner oder gleich dem Bemessungsfehlerstrom (I_{Δ n}) ist.

5. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sekundärwicklung (N2) ein Widerstand (R1) als Bürde parallel­ geschaltet ist.

6. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseschaltung (5) einen Gleichrichter (V2 bis V5) und eine diesem gleichstromseitig nachgeschaltete Verzögerungsschal­ tung (C2,R4) umfasst.

7. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Auslösekreis (4) ein Reihenkondensator (C1) geschaltet ist.

8. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Auslösekreis (4) ein Überspannungsschutz (V1) geschaltet ist.

9. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, dass der Überspan­ nungsschutz eine der Sekundärwicklung (N2) parallelgeschal­ tete Suppressordiode (V1) ist.

10. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsschaltung durch einen Ladekondensator (C2) und einen Entladungswiderstand (R4) in Parallelschaltung gebildet ist, zu der eine Diode (V6) in Reihe geschaltet ist.

11. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Auslöserelais (4) mindestens eine Zenerdiode (V7,V8) par­ allelgeschaltet ist.

12. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Auslöserelais (6) eine Entkopplungsdiode (V9) vorgeschal­ tet ist.

13. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein an das Auslöserelais (6) anschließbares Erfassungsteil (9, 10) für glatte Gleichfehlerströme (I_f').