DE202012104824U1

DE202012104824U1 - Vorrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen

Info

Publication number: DE202012104824U1
Application number: DE201220104824
Authority: DE
Original assignee: Panasonic Industrial Devices Europe GmbH
Current assignee: Panasonic Industrial Devices Europe GmbH
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-01-22
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: DE102013204638A1; DE102013204638B4

Abstract

Vorrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen, wobei die Vorrichtung in Form eines elektromagnetischen Filters mit einem magnetischen Kern (1) und mindestens einer um den Kern (1) und entlang eines Kernabschnitts (11; 12) gewickelten Filterwicklung (2; 3) ausgebildet ist, wobei eine Fehlerstromwicklung (5) vorgesehen ist, die in dem Kernabschnitt (11; 12) um den Kern (1) gewickelt ist, sich in beiden Richtungen entlang des Kerns (1) nicht über die Filterwicklung (2; 3) hinaus erstreckt und so bemessen ist, dass in dieser durch Fehlerströme in dem Filter eine Spannung induzierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen, sowie einen elektrischen Verbraucher mit einem elektromagnetischen Filter, wie insbesondere einer Drossel, und einer solchen Vorrichtung. Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Fehlerstrom-Schutzschaltung (auch FI-Schalter genannt), die (bzw. der) eine solche Vorrichtung aufweist.
Eine Vorrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen dient üblicherweise zur Ansteuerung einer Fehlerstrom-Schutzschaltung oder ist Bestandteil einer solchen Schaltung, mit der der Stromfluss zwischen einer Stromquelle und einem elektrischen Verbraucher unterbrochen wird, wenn der zu dem Verbraucher fließende Strom nicht gleich dem vom Verbraucher zurück fließenden Strom ist, oder wenn die Differenz zwischen diesen beiden Strömen einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Aus der DE 101 25 338 ist eine Fehlerstrom-Schutzschaltung bekannt, die einen Stromeingang, eine Mehrzahl von Stromausgängen zur Stromversorgung daran angeschlossener Verbraucher, eine zwischen den Stromeingang und die Stromausgänge geschaltete Schalteinrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses zwischen dem Stromeingang und den Stromausgängen, sowie an jedem Stromausgang eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen aufweist, mit der die Schalteinrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses geöffnet wird, wenn einer der von diesen Vorrichtungen erfassten Fehlerströme einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Damit können zwar die Fehlerströme separat an jedem einzelnen Verbraucher überwacht und erfasst werden, nachteilig hierbei ist jedoch, dass in dem Fall, in dem der Fehlerstrom an nur einem Verbraucher den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, sämtliche Verbraucher von dem Stromeingang getrennt und damit stromlos geschaltet werden.
Aus der DE 10 2007 027 727 ist eine Vorrichtung zur Fehlerstromerfassung in Maschinen bekannt, die eine Anzahl von elektromagnetischen Filtern oder Drosseln zur Unterdrückung hochfrequenter Störsignale aufweisen, wobei diese Filter oder Drosseln durch Anordnung jeweils einer zusätzlichen Wicklung daran jeweils in Form einer Vorrichtung zur Fehlerstromerfassung ausgebildet sind. Diese zusätzlichen Wicklungen sind mit jeweils einer Messvorrichtung zur Erfassung einer durch einen Fehlerstrom in der betreffenden Wicklung induzierten Spannung verbunden. Ausgehend von der Annahme, dass die genannten Filter bzw. Drosseln zur Unterdrückung von hochfrequenten Störsignalen ohnehin in zahlreichen Schaltkreisen einer Maschine vorhanden sein müssen, kann auf einfache Art und Weise eine individuelle Fehlerstromerfassung (und ggf. Abschaltung) für jeden solchen Schaltkreis realisiert werden, ohne gesonderte (bzw. zusätzliche) Vorrichtungen zur Fehlerstromerfassung installieren zu müssen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass durch die Anordnung einer zusätzlichen Wicklung an bzw. auf dem Filter bzw. der Drossel die Gefahr besteht, dass die Dämpfung hochfrequenter Störsignale beeinträchtigt bzw. reduziert wird.
Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen zu schaffen, mit der nicht nur Fehlerströme erfasst, sondern gleichzeitig hochfrequente Signale wesentlich zuverlässiger und wirksamer unterdrückt werden können, als es mit einem der oben genannten bekannten Filter möglich ist.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Filter (insbesondere Tiefpassfilter oder "Drossel"), das (bzw. die) zur Unterdrückung von hochfrequenten Signalen wie insbesondere Störsignalen ("Entstördrossel") dient, in Form einer Vorrichtung zur Fehlerstromerfassung so weiterzubilden, dass die Unterdrückung von hochfrequenten Signalen nicht (oder zumindest nicht in relevantem Maße) beeinträchtigt wird.
Gelöst werden diese Aufgaben mit einer Vorrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen gemäß Anspruch 1.
Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise (auch) zur Unterdrückung von hochfrequenten Signalen wie insbesondere Störsignalen geeignet ist, wird sie vorzugsweise als Bestandteil von elektrischen Verbrauchern, insbesondere Maschinen, oder von Schaltungen, insbesondere zur Ansteuerung solcher Verbraucher, eingesetzt. Umgekehrt können aber auch die meisten, zur Unterdrückung von hochfrequenten Störsignalen dienenden elektromagnetischen Filter wie insbesondere Drosseln, die in elektrischen Verbrauchern üblicherweise vorhanden sind, in der erfindungsgemäßen Weise nachgerüstet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch Bestandteil einer Fehlerstrom-Schutzschaltung sein und dort ggf. auch zur Unterdrückung von unerwünschten hochfrequenten Signalen dienen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten und beispielhaften Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Fehlerstromerfassung.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen gemäß der Erfindung, die in Gestalt eines elektromagnetischen Filters, insbesondere eines Tiefpassfilters oder einer Drosselspule (nachfolgend "Drossel" genannt) zur Unterdrückung hochfrequenter Signale ausgebildet ist.
Die Drossel beinhaltet einen magnetischen Kern 1 (üblicherweise einen Ferritkern), der vorzugsweise Ring- oder Torus-förmig (kreisförmig oder oval) ausgebildet ist ("Ringkerndrossel"), aber auch eine rechteckige oder andere Form aufweisen kann, und auf den in bekannter Weise mindestens eine Filterwicklung (auch Drosselwicklung genannt) aufgewickelt ist.
In dem in 1 dargestellten Beispiel weist die Drossel eine erste Filterwicklung 2 und eine zweite Filterwicklung 3 auf, wie sie häufig bei stromkompensierten Drosseln zu finden sind. Die beiden Filterwicklungen 2, 3 sind dabei entlang des Kerns voneinander beabstandet, so dass der Kern 1 entlang seines Umfangs einen ersten und einen zweiten Kernabschnitt 11, 12 aufweist, um die jeweils die erste bzw. die zweite Filterwicklung 2; 3 gewickelt ist, wobei zwischen den beiderseitigen Enden des ersten und des zweiten Kernabschnitts 11, 12 jeweils ein dritter bzw. ein vierter Kernabschnitt 13, 14 liegt, in denen der Kern 1 keine Wicklungen trägt.
Eine solche Ringkerndrossel könnte je nach Anwendungszweck auch als Stabkerndrossel ausgebildet sein, die einen stabförmigen oder zylindrischen Kern aufweist, auf den die beiden Filterwicklungen in axialer Richtung voneinander beabstandet aufgebracht sind, so dass sich zwischen beiden wiederum ein Kernabschnitt befindet, der keine Wicklungen trägt.
Die Länge der ersten und der zweiten Filterwicklung 2, 3 (und dadurch bedingt die Längen des ersten bis vierten Kernabschnitts 11, 12; 13, 14) können dabei jeweils gleich oder unterschiedlich bemessen sein und werden, ebenso wie die Anzahl der Windungen der Filterwicklungen und der Durchmesser des Kerns 1 entsprechend den gewünschten elektrischen Eigenschaften der Drossel in bekannter Weise gewählt.
Die Drossel ist gemäß 1 auf einer Schaltungsplatine oder einem Träger P montiert, wobei die erste Filterwicklung 2 über entsprechende erste Anschlüsse 21 und die zweite Filterwicklung 3 über entsprechende zweite Anschlüsse 31 mit anderen elektrischen Komponenten verbunden ist. Sie ist vorzugsweise für ein zweiphasiges Stromnetz ausgelegt, wobei eine für ein drei- oder mehrphasiges Stromnetz ausgelegte Drossel mit drei oder mehr Filterwicklungen jedoch ebenfalls in der nachfolgend erläuterten, erfindungsgemäßen Weise ausgebildet sein kann. Die gilt auch für den Fall, in dem die Drossel nur eine Filterwicklung aufweist.
Alle diese Drosseln sind erfindungsgemäß mit einer bzw. mindestens einer Wicklung 5 zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen in der Drossel (nachfolgend "Fehlerstromwicklung" genannt) versehen.
Eine solche (erste) Fehlerstromwicklung 5 ist dabei gemäß 1 in dem ersten Kernabschnitt 11 um den Kern 1 gewickelt, und zwar in der Weise, dass sie sich in beiden Richtung entlang des Kerns 1 (d.h. hier im Uhrzeigersinn und entgegengesetzt dazu) nicht über den ersten Kernabschnitt 11 und damit über die dort befindliche erste Filterwicklung 2 hinaus in den angrenzenden dritten oder vierten Kernabschnitt 13, 14 erstreckt.
Die Länge der Fehlerstromwicklung 5 entlang des Kerns 1 ist also höchstens genauso groß wie die Länge der ersten Filterwicklung 2, vorzugsweise jedoch, wie in 1 dargestellt, kleiner als diese. Die Fehlerstromwicklung 5 ist dabei, wie in 1 gezeigt, in beiden Richtung entlang des Kerns 1 vorzugsweise symmetrisch in Bezug auf die Länge der ersten Filterwicklung 2 angeordnet. Sie könnte jedoch auch unsymmetrisch angeordnet sein und sich mit einem ihrer Enden bis zu dem benachbarten Ende der ersten Filterwicklung 2 erstrecken.
Die Zahl der Windungen der Fehlerstromwicklung 5 wird so bemessen, dass die durch die Fehlerströme in der Fehlerstromwicklung 5 induzierten Ströme bzw. Spannungen ausreichend hoch sind, um eine zuverlässige Auswertung zu ermöglichen. In der in 1 dargestellten Ausführung werden die induzierten Ströme bzw. Spannungen zu diesem Zweck über Anschlüsse 51 der Fehlerstromwicklung 5 entsprechenden elektrischen Komponenten zugeführt.
Im Bedarfsfall kann zusätzlich eine weitere (zweite) Fehlerstromwicklung 5 in dem zweiten Kernabschnitt 12 um den Kern 1 gewickelt sein, in dem sich die zweite Filterwicklung 3 befindet. Hierfür gelten die gleichen Bemessungsregeln, wie sie oben mit Bezug auf die erste Fehlerstromwicklung 5 beschrieben wurden.
Die Fehlerstromwicklung 5 ist in elektrisch isolierter Weise gemäß 1 über bzw. auf die darunter liegende erste Filterwicklung 2 gewickelt. Zu diesem Zweck wird die aus dem Kern 1 und den beiden (oder mehr) Filterwicklungen 2, 3 bestehende Drossel vorzugsweise mit einem isolierenden Gehäuse 4 umgeben, auf dessen Außenseite dann die (mindestens eine) Fehlerstromwicklung 5 gemäß obiger Erläuterung aufgebracht wird.
Denkbar ist aber auch, dass die Fehlerstromwicklung 5 zunächst auf den Kern 1 der Drossel aufgebracht wird und dann die Filterwicklung 2 in elektrisch isolierter Weise wie oben beschrieben über die betreffende Fehlerstromwicklung 5 gewickelt wird.
Schließlich könnten die Windungen der Fehlerstromwicklung 5 gemeinsam mit den Windungen der Filterwicklung 2 um den Kern 1 gewickelt werden, ohne dass in radialer Richtung des Kerns 1 zwischen beiden Wicklungen ein Abstand besteht.
Generell kann in dem Fall, in dem die Drossel mehr als eine Filterwicklung 2, 3, .. aufweist, jeweils eine Fehlerstromwicklung 5 auch auf zwei oder mehr Filterwicklungen 2, 3 oder auf alle Filterwicklungen 2, 3, .. wie oben beschrieben aufgebracht werden.
Unabhängig von den oben beschriebenen Varianten ist es in jedem Fall entscheidend, dass sich die jeweilige Fehlerstromwicklung 5 mit keinem ihrer beiden axialseitigen Enden über die axialen Enden der betreffenden Filterwicklung 2; 3 hinaus und damit in einen Abschnitt des Kerns 1 erstreckt, der frei von Windungen der Filterwicklungen 2; 3 ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10125338 [0003]
DE 102007027727 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen, wobei die Vorrichtung in Form eines elektromagnetischen Filters mit einem magnetischen Kern (1) und mindestens einer um den Kern (1) und entlang eines Kernabschnitts (11; 12) gewickelten Filterwicklung (2; 3) ausgebildet ist, wobei eine Fehlerstromwicklung (5) vorgesehen ist, die in dem Kernabschnitt (11; 12) um den Kern (1) gewickelt ist, sich in beiden Richtungen entlang des Kerns (1) nicht über die Filterwicklung (2; 3) hinaus erstreckt und so bemessen ist, dass in dieser durch Fehlerströme in dem Filter eine Spannung induzierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, mit mindestens einer ersten und einer zweiten, um den Kern (1) und entlang eines ersten bzw. eines zweiten Kernabschnitts (11, 12) gewickelten Filterwicklung (2, 3), wobei die Filterwicklungen (2, 3) entlang des Kerns (1) voneinander beabstandet sind, wobei mindestens eine erste Fehlerstromwicklung (5) vorgesehen ist, die in dem ersten Kernabschnitt (11) um den Kern (1) gewickelt ist, sich in beiden Richtungen entlang des Kerns (1) nicht über die erste Filterwicklung (2) hinaus erstreckt und so bemessen ist, dass in dieser durch Fehlerströme in dem Filter eine Spannung induzierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der mindestens eine zweite Fehlerstromwicklung (5) vorgesehen ist, die in dem zweiten Kernabschnitt (11) um den Kern (1) gewickelt ist, sich in beiden Richtungen entlang des Kerns (1) nicht über die zweite Filterwicklung (3) hinaus erstreckt und so bemessen ist, dass in dieser durch Fehlerströme in dem Filter eine Spannung induzierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Fehlerstromwicklung (5) auf die Filterwicklung (2; 3) gewickelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Kern (1) und die mindestens eine Filterwicklung (2; 3) von einem gemeinsamen isolierenden Gehäuse (4) umgeben ist und die mindestens eine Fehlerstromwicklung (5) auf die Außenseite des Gehäuses (4) gewickelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Kern (1) ein Ringkern ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Kern (1) stabförmig oder zylindrisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das elektromagnetische Filter zur Unterdrückung von hochfrequenten Signalen ausgelegt ist.
Elektrischer Verbraucher oder elektrische Schaltung mit mindestens einem elektromagnetischen Filter zur Unterdrückung von hochfrequenten Signalen, bei dem bzw. der das elektromagnetische Filter eine Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
Fehlerstrom-Schutzschaltung mit einer Vorrichtung zur Erfassung von elektrischen Fehlerströmen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.