DE2611674A1

DE2611674A1 - Schutzschalter

Info

Publication number: DE2611674A1
Application number: DE19762611674
Authority: DE
Inventors: Guenter Reichensperger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-19
Filing date: 1976-03-19
Publication date: 1977-09-22
Also published as: DE2611674C2

Description

"Schutzschalter"
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines einfach und kostensparend aufgebauten Schutzschalters, mit dem in einfacher und sicherer Weise einerseits Störungen im Erdleiter, wie beschädigter oder gebrochener oder nicht angeschlossener Erdleiter, und andererseits Fehlerströme im Verbraucherstromkreis festgestellt werden und dabei der Verbraucherstromkreis sofort vom Netzstrom abgeschaltet wird.
Der Schutzschalter soll eine kleinvolumige Baugröße haben, den beliebigen elektrischen Geräten und den Strom-Hausanschlüssen zuzuordnen sein und eine größtmögliche Sicherheit in Bezug auf Funktion und Unfallgefahr ohne mechanische Wirkungsteile aufweisen.
Weiterhin soll bei Stromausfall der Netzversorgung der letzte Zustand des Schutzschalters nicht verändert werden, so daß bei Wiederkehr der Netzspannung auch die Betriebsbereitschaft und Funktion des Schutzschalters gesichert ist; außerdem soll nach Auftreten eines Fehlerstromes die Betriebsbereitschaft des Schutzschalters nur bewußt (gewollt) wieder herstellbar sein.
Gemäß der Erfindung ist ein Schutzschalter durch eine elektronische Erdungswiderstand-überwachungseinheit und eine elektronische Fehlerstrom-überwachungseinheit gekennzeichnet die durch eine Oderverknüpfung und einen Schaltverstärker mit nachgeordnetem Lastrelais die mehrpolige (allpolige) Unterbrechung eines Lastkreises (Verbraucherstromkreises) steuern, wobei der Schaltverstärker ein Remanenzrelais steuert.
Die Erdungswiderstand-Uberwachungseinheit speist durch eine Konstantstromquelle in die Erdleitung einen Konstantstrom mit niedriger Spannung ein und überwacht den Spannungsabfall am Einspeisungspunkt zur Erdleitung mittels einer Verstärkerschaltung, die über die Oderverknüpfung mit dem Schaltverstärker verbunden ist.
Die Fehlerstrom-überwachungseinheit läßt sich aus einem Summenstromwandler bilden, dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter mit einem Verstärker der Fehlerstromüberwachungseinheit verbunden ist, dessen Ausgang über die Oderverknüpfung an den Schaltverstärker angeschlossen ist.
Das Femanenzrelais besitzt Wicklungen, wobei die eine Wicklung als Arbeitswiderstand des Schaltverstärkers arbeitet und die zweite Wicklung im Stromkreis mit einem Taster liegt und der Kontakt des Remanenzrelais ist im Erregerstromkreis des Lastrelais angeordnet.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den anderen Unteransprüchen.
Der Erfindungsgegenstand erstreckt sich nicht nur auf die Merkmale der einzelnen Ansprüche, sondern auch auf deren Kombination.
Der Erfindungsgegenstand (FI-Schutzschalter) beinhaltet gegenüber den herkömmlichen Schutzschaltern zwei getrennte elektronische Überwachungseinheiten, die über eine Oder-Verknüpfungseinheit das Auslösemoment beeinflussen.
Die eine überwachungseinheit erfaßt den über einen Summenstromwandler ermittelten Fehlerstrom und löst das Lastrelais aus, wenn der Fehlerstrom auf einen gewissen Wert, vorzugsweise über o mA ansteigt, so daß dadurch eine sichere Überwachung von Fehlerströmen gewährleistet wird.
Die andere überwachungseinheit mißt den Erdungswiderstand und gibt ein Auslösesignal, wenn der Erdungswiderstand auf einen gewissen Wert, vorzugsweise über 2 KOhm ansteigt. Das bedeutet, daß sowohl bei einer sehr schlechten Erdung (RErde > 2KOhm) als auch bei gebrochenem Erdungsdraht (RErde = -oo ) die Überwachungseinheit anspricht.
Durch den erfindungsgemäßen Schutzschalter wird unter Ausschließung von mechanischen Wirkungsteilen eine sichere Funktion und größtmögliche Überwachung des Erdungswiderstandes und der Fehlerströme erzielt, und bei Störungen sofort der Verbraucherstromkreis vom Netzstrom getrennt.
Der Schutzschalter ist kleinvolumig aufgebaut, einfach und kostensparend herstellbar und zeigt eine dauerhaft sichere Funktion; der Schutzschalter läßt sich den beliebigsten elektrischen Geräten und Hausanschlüssen zuordnen.
Durch diesen Schutzschalter werden die Gefahren (Stromschläge und somit Todesfälle) für die Menschheit ausgeschlossen, so daß der Schutzschalter die Unfallgefahr beseitigt und in Bezug auf die menschliche und elektrische Sicherheit einen hohen Gebrauchswert und großen Nutzen darstellt.
Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltschema im Grundprinzip des Schutzschalters, Fig. 2 ein Schaltplan des Schutzschalters in einem Anwendungsbeispiel mit Remanenzrelais.
Ein erfindungsgemäßer Schutzschalter beinhaltet eine elektronische Erdungswiderstand-Überwachungseinheit lo und eine elektronische Fehlerstrom-Überwachungseinheit 11, die durch eine Oderverknüpfung 12 und einen Schaltverstärker 13 mit nachgeordnetem Lastrelais 14 zur mehrpoligen (allpoligen) Unterbrechung eines Lastkreises 15 verbunden sind.
Von der Netzversorgung 16 aus wird durch eine Konstantstromquelle 17 über die Erdungswiderstand-überwachungseinheit lo in den Erdleiter 18 ein Konstant strom mit einem niedrigen Wert von 2 bis 6 mA, vorzugsweise von 5 mA, eingespeist und dabei überwacht die Erdungswiderstand-Überwachungseinheit lo am Einspeisungspunkt 19 zur Erdleitung 18 den Spannungsabfall oder -anstieg mittels einer Verstärkerschaltung OP1, die über die Oderverknüpfung 12 mit dem'Schaltverstärker 13 das Lastrelais 14 zum Ausschalten des Verbraucherstromkreises 15 beeinflußt.
Der Schaltverstärker 13 steuert ein Remanenzrelais 20, dessen Kontakt 21 im Stromkreis des Lastrelais 14 liegt.
Die Funktion der Erdungswiderstand-überwachungseinheit lo bei gebrochenem Erdungsleiter 18 oder bei erhöhtem Erdungswiderstand größer als beispielsweise 2 KOhm ist folgende: Über die Konstantstromquelle 17 wird der konstante Strom von 5 mA ständig in die Erdleitung 18 eingespeist. Die'am Erdungswiderstand abfallende Spannung wird dem Komperator °P1 zugeführt, dessen Schaltschwelle auf beispielsweise lo Volt eingestellt ist. Diese Spannung trifft auf den negierten Eingang des OF1 und dieser steigt dabei auf einen Spannungswert von über lo Volt an und der Ausgang des OP1 kippt in den niedrigeren Spannungszustand. über die Oder-Verknilpfung 12 wird durch den Impuls die Trennung des Verbraucherstromkreises 15 zum Verbraucher 25 vom Netz ausgelöst.
Die Fehlerstrom-Überwachungseinheit 11 besteht aus einem Summenstromwandler 22, dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter 23 mit einem Verstärker OP2 der Fehlerstrom-Überwachungseinheit 11 verbunden ist, dessen Ausgang über die Oderverknüpfung 12 an den Schaltverstärker 13 angeschlossen ist.
Die Funktion der Fehlerstrom-Überwachungseinheit 11 ist folgende: Fließt im Verbraucherstromkreis 15 ein Fehlerstrom, so wird dieser im Summenstromwandler 22 registriert. Die in die Wicklung N3 induzierte Wechselspannung wird durch G1 gleichgerichtet, geglättet und über den Widerstand R9 auf den negierten Eingang des als Komperator geschalteten Operationsverstärkers OP2 eingekoppelt. Dadurch wird die Differenzspannung zwischen den Eingängen des OP2 größer null und der Ausgang des OP2 kippt in den niedrigeren Spannungszustand; über die Oderschaltung D7, D8, R13 gelangt der Impuls auf die Schaltverstärkerstufe T2 und sperrt diese.
Das Remanenzrelais 20 (Fig. 2) weist zwei Wicklungen RH I und RH II auf und dessen Kontakt (21) ist abwechselnd durch die Erregungen der Wicklungen RH I und RH II aus- und einschaltbar. Der Kontakt rh behält seinen Schaltzustand auch, wenn die Erregung der Wicklungen RH I bzw. RH II abgeschaltet wird, d.h. das Remanenzrelais 20 speichert den jeweiligen Zustand auch bei Stromausfall.
Die Wicklung RH I liegt im Kollektorstromkreis des Transistors T2,des Schaltverstärkers 13. Die Wicklung RH II liegt mit ihrem einen Anschluß ebenfalls wie die Wicklung RH I an der positiven Spannung des Netzgerätes 26 des Schutzschalters, während ihr anderer Anschluß über den Taster "S-Ein" (Arbeitskontakt) am geerdeten negativen Pol des Netzgerätes angeschlossen ist.
Beim Auftreten eines Fehlerstromes und Ansprechen des Fehlerstrom-überwachungsverstärkers OP2 wird durch Erregung der Wicklung RH I des Remanenzrelais 2o der Kontakt rh geöffnet, das Lastrelais 14 fällt ab, und durch öffnen der Schalter 14a wird die Last (Verbraucher 25) von der Netzversorgung 16 abgetrennt. Nach Beseitigung des Fehlers wird durch Betätigung des Tasters "S-Ein" die Wicklung RH II des Remanenzrelais 20 erregt und damit der Kontakt rh geschlossen, das Lastrelais 14 erregt und die Last durch Schließen der Schalter 14a wieder an die Netzversorgung 16 angeschlossen. Die richtige Funktion der Fehlerstrom-Überwachung kann durch einen Taster "PR-S" am Summenstromwandler 22 in bekannter Weise geprüft werden.
Die Signallampe 27 zeigt den Schaltzustand des Lastrelais 14 an.
Der besondere Vorteil der beschriebenen Schaltung mit dem Remanenzrelais 20 ist darin zu sehen, daß bei Stromausfall der Netzversorgung der letzte Zustand des Remanenzrelais 20 nicht verändert wird (Speicherwirkung). Im Normalfall (ohne Fehlerstrom) bleibt der rh-Kontakt geschlossen und bei Wiederkehr der Netzspannung ist auch die Betriebsbereit schaft und die Funktion des Schutzschalters gesichert. Nach Auftreten eines Fehlerstromes kann die Betriebsbereitschaft nur von Hand durch Betätigung des Tasters "S-Ein" wieder hergestellt werden.
Der erfindungsgemäße Schutzschalter als sogenannter FI-Schutzschalter eignet sich für elektrische Geräte, insbesondere für Schwimmschalter, die als Schaltorgan für Unterwasserpumpen, Absperrschieber od.dgl. eingesetzt werden, und für die Schutzerdung von Hausanschlüssen.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. ISchutzschalter, gekennzeichnet durch eine elektronische Erdungswiderstand-überwachungseinheit (lo) und eine elektronische Fehlerstrom-überwachungseinheit (11), die durch eine Oderverknüpfung (12) und einen Schaltverstärker (13) mit nachgeordnetem Lastrelais (14) die mehrpolige (allpolige) Unterbrechung eines Lastkreises (Verbraucherstromkreises 15) steuern, wobei der Schaltverstärker (13) ein Remanenzrelais (20) steuert.
2. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdungswiderstand-überwachungseinheit (lo) durch eine Konstantstromquelle (17) in die Erdleitung (18) einen Konstantstrom mit einem niedrigen Wert einspeist und den Spannungsabfall am Einspeisungspunkt (19) zur Erdleitung mittels einer Verstärkerschaltung (bp1) überwacht, die über die Oderverknüpfung (12) mit dem Schaltverstärker (13) verbunden ist.
3. Schutzschalter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Remanenzrelais (20) zwei Wicklungen (RH I und RH II) besitzt, wobei die eine Wicklung (RH I) als Arbeitswiderstand des Schaltverstärkers (13) arbeitet und die zweite Wicklung (RH II) im Stromkreis mit einem Taster (S-Ein) liegt.
4. Schutzschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt (rh) des Remanenzrelais (20) im Erregerstromkreis des Lastrelais (14) liegt.
5. Schutzschalter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdleitung (18) ständig mit einem Konstantstrom von 5 mA belastet ist.
6. Schutzschalter nach den Ansprüchen 1 bis 5; dadu,rch,Ee,-kennzeichnet, daß der als Komperator geschaltete Operationsverstärker (OP1) in seiner Schaltschwelle auf lo Volt eingestellt ist.
7. Schutzschalter nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch den vonder Konstantstromquelle (17) in die Erdleitung (18) eingespeiste Konstantstrom von 5 mA bei abfallender Spannung der auf lo Volt eingestellte Komperator °P1 erregt wird, und dessen negierter Eingang auf einen Spannungswert von über lo Volt ansteigt, so daß der Ausgang des OPI in den niedrigeren Spannungszustand kippt und dadurch über die Oderverknüpfung (12) die Trennung des Verbraucherstromkreises (15) vom Netz auslöst.
8. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerstrom-überwachungseinheit (11) aus einem Summenstromwandler (22) besteht, dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter (23) mit einem Verstärker (OP2) der Fehlerstrom-überwachungseinheit (11) verbunden ist, dessen Ausgang über die Oderverknüpfung (12) an den Schaltverstärker (13) angeschlossen ist.
9. Schutzschalter nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerstrom im Verbraucherstromkreis (15) vom Summenstromwandler (22) registriert und die dadurch in die Wicklung (N3) induzierte Wechselspannung gleichgerichtet, geglättet und über den Widerstand (R9) auf den negierten Eingang des Operationsverstärkers (ob2) eingekoppelt wird, dadurch dessen Ausgang in den niedrigeren Spannungszustand kippt und dabei einen Impuls über die Oderschaltung (D7, D8, R13) in die Schaltverstärkerstufe (T2) zum Sperren leitet, so daß das Remanenzrelais (20) abfällt und sein Arbeitskontakt (21) den Steuerkreis für das Lastrelais (14) zur Unterbrechung des Verbraucherstromkreises (15) öffnet.