DE2153341A1

DE2153341A1 - Erdschlußprüfeinrichtung für elektrische Geräte

Info

Publication number: DE2153341A1
Application number: DE19712153341
Authority: DE
Inventors: Lucius Ponder Indianapolis Ind. Thomas (V.St.A.). HOIt 5^)0
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1970-11-10
Filing date: 1971-10-26
Publication date: 1972-05-18
Also published as: US3784903A; DE2153341C3; DE2153341B2; JPS47010295A

Description

7272-7l/Kö/S
RCA Docket No.: 61,8-97
Convention Date:
November 10, 1970

RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A. Erdschlußprüfeinrichtung für elektrische Geräte

Die Erfindung betrifft eine Erdschlußprüfeinrichtung für elektrische Geräte mit einer Zweiweg-Gleichrichterschaltung mit Eingang, Ausgang, Bezugsanschluß und Zwischenanschluß.

Es ist allgemein bekannt, daß ein Stromfluß von 5 Milliampere im menschlichen Körper gefährlich sein kann. Auch Ströme von 3 bis 4 Milliampere können schon ausreichen, um ernsthafte Schaden sogar dann hervorzurufen, wenn die Schädigung oder Verletzung nicht vom elektrischen Schlag selbst, sondern von den Wirkungen einer Reflexhandlung beim Zurückzucken vor dem einsetzenden elektrischen Schlag herrührt. Aus diesem Grunde nimmt der Elektriker im allgemeinen mit einem Gerät, das er repariert hat, Erdschlußprüfungen vor, ehe' er es dem Kunden zurückliefert. Underwriters Laboratory hat als tragbare Grenze des Erdschlußstromes einen Wert von 2 Milliampere festgesetzt, und diesen Erdschlußstrom ist der Elektriker oder Techniker festzustellen bestrebt.

Eine bekannte Einrichtung zum Messen des Erdschlußstromes arbeitet mit einem Widerstand von 1500 0hm, der zwischen einen der Berührung ausgesetzten Metallgehäuseteil und einen Punkt, der bekannterweise Erdpotential führt, geschaltet wird. Das Netzanschlußkabel wird direkt in eine Steckdose mit 120 Volt Wechselspannung eingesteckt, und die Spannung am Widerstand wird mit

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einem Wechselstrom-Voltmeter gemessen. Sodann wird der Geräteanschluß des Widerstands an jedes einzelne Meballteil, das der Berührung ausgesetzt ist, (z.B. Tragbügel, Schraubenköpfe, Beläge, Reglerwellen usw.), geführt und die Spannung am Widerstand jeweils neu gemessen. Anschließend wird der Gerätestecker in der Steckdose umgepolt und werden die einzelnen Messungen wiederholt. Ergibt die Anzeige eine mögliche Berührungsgefahr, so werden die entsprechenden Reparaturen vorgenommen, bevor das Gerät an seinen Eigentümer zurückgegeben wird. Eine solche Berührungsgefahr besteht dann, wenn das Meßinstrument eine Spannung in der Größen- Ordnung von 3 Volt anzeigt, was einem Erdschlußstrom von 2 Milliampere entspricht. Es ist klar, daß man genaue Messungen dann erhält, wenn man das Voltmeter auf einen seiner niedervoltigen Meßbereiche schaltet.

Jedoch führt bei den derzeit gebräuchlichen Fernsehempfängerausführungen häufig das Metallchassis selbst die Spannung des Wechselstromnetzes (120 Volt). Bringt man in diesem Fall den Widerstandsanschluß an das Chassis oder ein nach ihm kurzgeschlosse-

kann es geschehen,

nes Bauteil, so/daß das Voltmeter, wenn es im niedervoltigen Meßbereich arbeitet, möglicherweise durchbrennt. Viele Fernsehtechniker pflegen daher der Gefahr einer solchen Beschädigung ihrer Meßinstrumente aus dem Wege zu gehen, indem sie bei der Betriebsüberprüfung der reparierten Geräte diese Erdschlußtests unterlassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erdschlußprüfeinrichtung für elektrische Geräte zu schaffen, die den oben genannten Nachteil beheben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Erdschlußprüfeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Signalquelle, die ein elektrisches Signal zwischen den Eingang und den Bezugsanschluß der Gleichrichterschaltunglegt, ein Gleichstrom-Anzeigeinstrument und einen Widerstand, der das Anzeigeinstrument in Iveihe zwischen den Ausgang und den Zwischenanschluß der Gleichrichterschaltung koppelt und in seinem Wert annähernd dem Körperwiderstand des Menschen entspricht, derart, daß das Anze i .ge instrument·; den durch devi /iderstarid fließenden

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Gleichstrom sowie denjenigen Gleichstrom anzeigt, der durch einen menschlichen Körper, der in elektrische Berührung mit der Signalquelle kommt, fließen würde.

Durch diese Maßnahmen wird eine verhältnismäßig billige Einrichtung zum Prüfen auf Erdschlußströme erhalten. Die Einrichtung arbeitet mit einem Gleichstrom-Milliamperemeter in einer Schaltungsanordnung , die Messungen auf sowohl Wechselströme als auch Gleichströme ermöglicht, wobei positive Anzeigen erhalten werden können, ohne daß das Meßinstrument umgepolt werden muß. Das MiIId₁ amperemeter ist über den Widerstand und die Zweiweg-Gleichrichterbrucke zwischen den zu prüfenden Geräteteil und Erde gekoppelt, wobei der Widerstand in seinem Wert ungefähr dem Körperlastwiderstand des Menschen entspricht. Das Milliamperemeter mißt bis zu " 5 Milliampere, so daß es Erdschlußströme über einen Bereich von einem sicheren bis zu- einem tödlichen Wert anzeigt; und es ist ferner durch eine Diodenschutzschaltung überbrückt, die seinen Meßbereich übersteigende Erdschlußströme, die ein Durchbrennen des Meßinstruments zur Folge haben könnten, ableitet. Die Gleichrichterbrücke ist so ausgebildet, daß bei Eingangsströmen sowohl positiver als auch negativer Polarität der Strom das Milliamperemeter in der gleichen Richtung durchfließt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung, deren einzige Figur das Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erdschlußprüfeinrichtung zeigt, im einzelnen erläutert. "

Die Einrichtung enthält eine Zweiweg-Gleichrichterbrücke 10 sowie ein Gleichstrom-Milliamperemeter 30. Ein Gleichrichter 12 der Gleichrichterbrücke 10 ist mit seiner Anode an einen Zwischen anschluß 14und mit seiner Kathode an.den Eingang 16 der Brücke, an den auch die Anode eines zweiten Gleichrichters 20 angeschlossen ist, angeschlossen. An den Zwischenanschluß 14 ist ferner die Anode eines dritten Gleichrichters 22 angeschlossen, dessen Kathode an einen 'ezuasaaschluIS lS -angeschlossen ist, an den ein vierter Gleichrichter 2ί mit seiner Anode angeschlossen ist. Die beiden Kathoden der Gleichri elfter 20 und 24 sind an den /usranp· 2(

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der Brücke angeschlossen, mit dem der eine Anschluß des Milliamperemeters 30 über Widerstände 32 und 34 verbunden ist. Das andere Ende des Milliamperemeters 30 ist über eine Leitung 36 mit dem ZwischenanscÜLuß 14 der Gleichrichterbrücke 10 verbunden.

Der eine (32) der das Milliamperemeter 30 mit der Gleichrich terbrücke 10 verbindenden Widerstände ist so bemessen, daß er annähernd gleich dem Körperlastwiderstand des Menschen ist, so daß die Stromanzeige des Milliamperemeters 30 die Erdschlußprüfung gemäß den Vorschriften von Underwriters Laboratory simuliert. Der andere Widerstand 34 ist dagegen so bemessen, daß er zusammen mit einer Diodenschutzschaltung den Stromfluß im Milliamperemeter begrenzt. Die Diodenschutzschaltung besteht aus zwei Halbleiterdioden 40, 42, die jeweils mit ihrer Anode an den Verbindungspunkt der Widerstände 32 und 34 und mit ihrer Kathode anöden mit dem Zwischenanschluß 14 der Gleiehrichterbrücke verbundenen Anschluß des Milliamperemeters 30 angeschlossen sind.

Ein zusätzlicher Schutz des Erdschlußprüfgerätes ist durch die Reihenschaltung einer Sicherung 44 und eines Strombegrenzungswiderstands 46 gegeben, die die vier Gleichrichter der Brücke 10 schützen. Das von der Gleiehrichterbrücke 10 entfernte Ende der Sicherung 44 ist über zwei Eichwiderstände 50, 52, die jeweils normalerweise durch Schalter S₁ bzw. S kurzgeschlossen sind, mit einem Prüftaster P^ verbunden. Ein zweiter Prüftaster P« ist über eine Leitung 54 mit dem Bezugsanschluß 18 der Gleiehrichterbrücke 10 verbunden, und der Widerstand 46 ist über den Eingang 16 an die Gleiehrichterbrücke angeschlossen. Wenn die Spannung am Prüftaster P. positiv gegenüber der Spannung am Prüftaster P„ ist, besteht ein Stromwegzwischen den Brückenanschlüssen 16 und 18 über den Gleichrichter 20, die Widerstände 32 und 34, das Milliamperemeter 30 und den Gleichrichter 22. Wenn die Spannung am Prüftaster P₂ positiv gegenüber der Spannung am Prüftaster P₁ ist, sind die Brückenanschlüsse l6 und l8 über den Gleichrichter 24, die Widerstände 32 und 34, das Milliamperemeter 30 und den Gleich richter 12 miteinander verbunden. In beiden Fällen verläuft die Richtung des Stromflusses vom Anschluß 26 über die Widerstände 32 und 34 und das Milliamperemeter 30 zum Anschluß I4, so daß das

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Milliamperemeter 30 positive Anzeigen für beide Polaritäten liefert und daher der mit dem Prüfgerät arbeitende Techniker der Mühe enthoben ist, das Gerät je nach der Art oder Polarität der angelegten Spannungen umzupolen»

Das Prüfen des Gerätes mit dem Milliamperemeter 30 und dem angenommenen Erdanschluß (Wasserrohr, Leitung usw.) kann wie folgt geschehen: Als erstes wird der Prüftaster P₁ mit dem einen und der Prüftaster P- mit dem anderen Pol einer Wechselstromnetz-Steckdose verbunden. Die Schalter S₁ und S₀ sind zunächst geschlossen, so daß die Widerstände 50 und 52 kurzgeschlossen sind. Bei den in der Zeichnung angegebenen Bemessungswerten und bei Verwendung von Brückengleichrichtern vom Typ 1N1763A zeigt das Milliamperemeter 30 einen Strom von ungefähr 4,5 Milliampere an. Dies ergibt sich daraus, daß der Widerstand 34 am Verbindungspunkt mit dem Widerstand 32 eine Spannung führt, die ausreicht, um die Dioden 40 und 42 bei diesem Stromwert durohlaßzuspannen, so daß der Strom im Milliamperemeter 30 begrenzt und dieses vor einem Hinausschlagen über den Skalenendwert geschützt wird. Diese Ablesung wird sodann aufgezeichnet. Danach wird der Schalter S. geöffnet, so daß der Widerstand 50 eingeschaltet wird, der (bei der angegebenen Bemessung) den Stromfluß im Milliamperemet ei* 30 auf ungefähr 2 MiIIi₁ ampere herunterdrückt. Dadurch ergibt sich am Verbindungspunkt der Widerstände 32 und 34 eine Spannung, die ausreicht, um die Dioden 40 und 42 leitend zuhalten. Die Stromanzeige des Milliamperemeters 30 wird ebenfalls aufgezeichnet. Danach wird der Schalter S₁ geschlossen und der Schalter S„ geöffnet, so daß der Widerstand 52 eingeschaltet wird und sich (bei der angegebenen Bemessung) ein Stromfluß von 1 Milliampere im Milliamperemeter 30 ergibt. Diese Anzeige wird ebenfalls aufgezeichnet; anschließend werden die Prüftaster P₁ und P„ aus der Steckdose entfernt.

Als nächstes wird der Prüftaster P„ mit dem angenommenen Erdpotentialpunkt (Erdanschiuii) verbunden. Der Prüftaster P₁ wird mit dem einen Pol der Steckdose verbunden, um die zuvor erhaltenen Anzeigen mit Anzeigen y.u vergleichen, die auf gleiche Weise ,-jetzt gewonnen werden. Zei.pt bei peschlosseuen Schaltern S₁ ixnd S,. das MiIIi amperemeter 30 einen Stromfluß von 4, 5 Mill iampere an, so

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nimmt man weitere Ablesungen bei geöffnetem Schalter S. und anschließend bei geöffnetem Schalter S„ vor. Wenn sämtliche Anzeigen des Milliamperemeters 30 denjenigen Anzeigen entsprechen, die bei Anschluß der Prüftaster P₁ und P„ an die Steckdose erhalten wurden, so stimmt der angenommene Erdanschluß in etwa. Wenn das Milliamperemeter 30 bei Anschluß des Prüftasters P₁ an den einen Pol der Steckdose nicht ausschlägt, so sollten die Ablesungen bei geschlossenen Schaltern S₁ und S₂ vorgenommen werden, nachdem der Prüftaster P₁ an den anderen Pol der Steckdose angeschlossen ist. Wenn die bei dieser zweiten Anordnung erhaltenen Anzeigen denje- , nigen Anzeigen entsprechen, die bei mit beiden Polen der Steckdose verbundenen Prüftastern gewonnen wurden, so ist die Prüfung des Erdanschlusses und des Meßinstruments auf einwandfreies Arbeiten abgeschlossen.

Das Prüfen eines elektrischen Gerätes (Speziellleines Fernseh empfängers) kann auf folgende Weise geschehen: Als erstes wird der Prüftaster P₀ in der oben beschriebenen Weise mit dem Erdan-

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Schluß verbunden. Der Fernsehempfänger wird sodann direkt (d.h. nicht über einen Isolationstransformator) an das Wechselstromnetz angeschlossen. Anschließend wird der Prüftaster P₁ nacheinander an alle zugänglichen Empfängerteile, wie Reglerknöpfe, freiliegende Schrauben, Beschläge, Antennenklemmen usw., angesetzt. Tritt zwischen dem Prüftaster P₁ und dem Prüftaster P„ über die Gleichrichter 20, 22 und das Milliamperemeter 30 bei geschlossenen Schaltern S₁ und S₀ ein Stromfluß auf, der 2 Milliampere Skalen-

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anzeige übersteigt, so zeigt dies einen über der tragbaren Grenze von 2 Milliampere liegenden Erdschlußstrom an. Das wiederum weist auf einen Fehler hin, der behoben werden sollte, bevor das Gerät an den Kunden zurückgegeben wird. Nach dieser Prüfung und der erforderlichen Reparatur wird der Hetzstecker umgepolt und der Prüfvorgang; wiederholt. Wie ohne weiteres ersichtlich, können die erforderlichen Prüfvorgänge ziemlMi schnell vorgenommen werden, da keine Skalenumschalbung oder Umpolmip· des Meßinstruments erforderlich Ist. Ein etwaifrer Erdschlußstrom, der das Mill !amperemeter ,10 übersteuern oder überlasten würde, wird durch die Dioden 40 und reguliert, so daß das Mill.!amperemeter 30 in der erforderlichen Weine; geschützt Ist. Da zwei Dioden 4° viud 41 vorgesehen sind,

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bleibt das Meßinstrument auch dann geschützt, wenn eine der Dioden ausfallt. Diese zusätzliche Sicherheit ist mit tragbaren Kosten verbunden, da die verwendeten Dioden verhältnismäßig billig sind. Das Meßwerk des Milliamperemeters kann ebenfalls verhältnismäßig billig sein, da ein typisäies Meßwerk mit einem Serienwiderstand von etwa 200 Ohm für ungefähr 2 US-$ erhältlich ist.

Die vorstehend beschriebene Anordnung stellt zwar die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, läßt sich jedoch in verschiedener Hinsicht abwandeln. So kann es wünschenswert sein, daß das Gerät eine hörbare oder sichtbare Warnanzeige liefert, wenn der Erdschlußstrom die tragbare Grenze von 2 Milliampere erreicht. Eine solche hörbare Warnanzeige kann man beispielsweise dadurch erhalten, daß man zwischen die dargestellten Anschlüsse A und B einen steuerbaren Siliciumgleichrichter JO in Reihe mit einer Batterie + V und einer Summeroszillator-Warnvorrichtung schaltet, so daß eine solche hörbare Signalanzeige gegeben wird, sobald die Spannung am Widerstand 34 und am Milliamperemeter 30 denjenigen vorbestimmten Spannungswert erreicht, der dem Stromfluß von 2 Milliampere entspricht. Gewünschtenfalls kann dafür gesorgt werden, daß die Warnvorrichtung solange tönt, bis ein Rückstellknopf gedrückt wird. Eine derartige Warnvorrichtung ist jedoch nur ein weiterbildendes Erfindungsmerkmal, da an sich positive Anzeigen auch weiter für beide Spannungspolaritäten erhalten werden und für einen angemessenen Schutz in solchen Fällen gesorgt ist, wo der Erdschlußstrom den gewählten Meßbereich des Milliampere meters übersteigt. Sollten in Zukunft die Normen oder Vorschriften für zulässige Erdschlußströme sich ändern, so ist die erfindungsgemäße Einrichtung nach wie vor voll brauchbar; denn man braucht dann lediglich andere Bemessungswerte zu wählen, so daß man bei unzulässig hohen Erdschlußströmen eine optimale sichtbare oder hörbare Warnanzeige erhält. ■

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Claims

Patentansprüche

1 .yErdschlußprüf einrichtung: für elektrische Geräte mit einer Zweiweg-Gleichrichterschaltung mit Eingang, Ausgang·, Bezugsanschluß und Zwischenanschluß, gekennzeichnet
d u r eh eine Signalqueüe, die ein elektrisches Signal zwischen den Eingang (16) und den Bezugsanschluß (18) der Gleichrichterschaltung· (ΙΟ) legt, ein Gleichstrom-Anzeigeinstrument (30) und einen Xtfiderstsnd (32), der das Anzeifeinstrument in Reihe zwischen den Ausgang (2 6) und den Zwischenanschluß (14) der Gleichrichterschaltung· koppelt und in seinem Wert annähernd dem Kör per !Widerstand des Menschen entspricht, derart, daß das Anzeigeinstrument den durch den Xiiderstand fließenden Gleichstrom sowie denjenigen Gleichstrom anzeigt, der durch einen menschlichen Körper, der in elektrische Berührung mit der Signalquelle kommt, fließen würde.
2. Erdschlußprüf einrichtung: nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung: (10) einen ersten Halbleitergleichrichter (20), der mit seiner Anode

an den Eingang (16) und mit seiner Kathode an den Ausgang (26) angeschlossen ist, einen zweiten Halbleitergleichrichter (24), der mit seiner Anode an den Bezugsanschluß (l8) und mit seiner Kathode an den Ausgang (26), einen dritten Halbleitergleichrichter (12), der mit seiner Anode an den Zwischenanschluß (14) und mit seiner Kathode an den Eingang (16) angeschlossen ist, und einen vierten Halbleitergleichrichter (22), der mit seiner Anode an den Zwischeii anschluß (14) und mit seiner Kathode an den Bezugsanschluß (18)
angeschlossen ist, enthält.
3. Erdschlußprüfeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß das Gleichstrom-Anzeigeinstrument (30) ein Gleichstrom-Milliamperemeter ist.
4. Erdschlußprüfeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (P₁, P2) ein Gleichspannungssignal zwischen den Eingang (l6) und den Bezugsanschluß (l8) der Gleichrichterschaltung (lO) legt.

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5» Erdschlußprüfeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (F₁, P~) ein Wechselstromsignal zwischen den Eingang (ic) und den Bezugsanschluß (l8)der Gleichrichterschaltung (lO) legt.
6. Erdschlußprüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch ge kenn:zeichnet, daß die Signalquelle (P.,, P₀) über einen zx-zeiten Widerstand (46) zwischen den Eingang (l6) und den Bezugsanschluß (18) der Gleichrichterschaltung gekoppelt ist, wobei dieser zweite widerstand den Stromfluß zur Gleichrichterschaltung begrenzt.
7· Erdschlußprüf einrichtung nach einem der Ansprüche ,3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das ^ Milliamperemeter (30) und den ersten Widerstand (32) ein dritter Widerstand (34) eingeschaltet ist und daß über den dritten Widerstand und das Milliamperemeter eine Halbleiterdiode (40, 42) geschaltet ist, die leitend wird und den Stromfluß im Milliamperemeter begrenzt, wenn der Strom im dritten Widerstand (34) einen vorbestimmten Wert erreicht.
8. Erdschlußprüfeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen das Milliamperemeter (30) und den ersten Widerstand (32) ein dritter Widerstand (34) eingeschaltet ist und daß ein steuerbarer Siliciumgleichrichter (70) mit seiner Eingangselektrode an eine Speisespahnungsquelle (+ V) und mit seiner Ausgangselektrode an eine Warnvorrichtung (7 5) angeschlossen und mit seiner Steuerelektrode über den dritten Widerstand (34) und das Milliamperemeter (30) geschaltet ist, derart, daß die Warnvorrichtung aktiviert wird, wenn die Spannungj die bei Stromfluß durch den ersten Widerstand (32) am dritten Widerstand und am Milliamperemeter erzeugt wird, einen vorbestimmten Wert erreicht.

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