DE2624316A1 - Automatisches ein- und ausschaltgeraet fuer elektrische wechselstromnetze - Google Patents

Description

• Automatisches Ein- und Ausschaltgerät für elektrische
• Wechselstromnetze Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft ein automatisch arbeitendes Ein- und Ausschaltgerät, das Wechselstromnetze, insbesondere Hausnetze, immer dann von der Wechselspannungsquelle abschaltet, werden alle Verbraucher ausgeschaltet sind und wieder mit der 'echselspannungsquelle verbindet, sobald irgend ein Verbraucher wieder eingeschaltet wird.
• Zweck: Von der elektrischen Hausinstallation breiten sich ständig elektromagnetische Streuwechselfelder in die umbauten Räume aus, und es fließen in vielen Fällen infolge Isolationsfehler ständig Pehlerströme von den Phasen nach Erde ab, die ebenfalls Streuwechselfelder erzeugen. Diese Felder können das Wohlbefinden und die Gesundheit der Hausbewohner beeinträchtigen. 2S gilt besonders während der Nacht, wenn der Mensch durch einen erholsamen Schlaf seinen Körper regenerieren muß. Es besteht daher das Bedürfnis, die elektrische Hausinstallation immer dann spannungsfrei zu schalten, wenn kein elektrischer Verbraucher eingeschaltet ist.
• In Lagerhallen und landwirtschaftlichen Gebauden mit leicht brennbaren Materialien würde man ebenfalls die Sicnerheit gegen Feuergefshr, die von schadhaften elektrischen Installatonsanlagen ausgehen kann, bedeutend erhöhen können, wenn die betreffendenden Gebäude immer dann automatisch spannungsfrei geschaltet werden, wenn alle elektrischen Verbraucher ausgeschaltet sind. Falls keine automatisch arbeitende Verbraucher intermitierend betrieben werden, könnte man z.B. von der Annahme ausgehen, das elektrische Verbraucher nur dann eingeschaltet werten, wenn Personen anwesend sind, die eine Brandentstehung sofort erkennen und mit der Brandbekämpfung beginnen bzw. Feueralarmgeben können.
• Schmorstellen in den Leitungsführungen infolge loser Klemmschrauben kann man z.B. daran erkennen, daß das automatische Ein- und Ausschaltgerät bei Einschaltung eines Verbrauchers nicht mehr die Wechselspannungsquelle an das Hausnetz schalten kann, weil die zur Einschaltung dienende Klein-Gleichspannung diesen überhöhten Schmorwiderstand im Einschaltstromkreis nicht überwinden kann.
• Es sind wahrscheinlich auch noch andere Anwendungsfälle denkbar, bei denen der Einsatz des automatischen Ein- und Ausschaltgerätes eine Erhöhung der Sicherheit für das Leben von Menschen und Tieren sowie von Sachgütern erbringen kann.
• Stand der Technik: Nach dem Stand der Technik gibt es bereits Lösungen, um zeitweise nicht benutzte Wechselstromnetze automatisch spannungsfrei zu schalten.
• DP - As 1033 329 beschreibt ein Schaltgerät, das bei definierten Betriebsbedingungen, wie Leerlauf, tberlast, Erdschluß usw. den Verbraucher von der Wechselspannungsquelle abschaltet. Eine automatische Wiedereinschaltung ist hier nicht vorgesehen.
• P 24 11 344.8-32 beschreibt ein automatisches Ein- und Ausschaltgerät, das mit Hilfe eines Relais ein Wechselstromnetz, insbesondere ein Hausnetz, von der Wechselspannungsquelle abschaltet, nachem in diesem Wechselstromnetz alle Verbraucher abgeschaltet sind. Das Gerät verbindet das Wechselstromnetz wieder mit der Wechselspannungsquelle, sobald irgend ein Verbraucher im Wechselstromnetz eingeschaltet wird.
• Nach Anspruch 1 erfüllt das Relais 2 Aufgaben: a) Trennen und Verbinden des Wechselstromnetzes mit der zweck selspannungsquelle und b) Anlegen einer Hilfs-Kleinspannung an das Wechselstromnetz, während dieses von der Wechselspannungsquelle abgetrennt ist.
• Kritik am Stand der Technik: Die technische Lösung nach Anspruch 1 im Zusammenhang mit aem angeführten Beispiel in der P 24 11 344.8-32, bei der ein elektromechanisches Relais verwendet wird , hat folgende Mängel: a) Kontaktschwierigkeiten Der Wechselkontakt des Relais muß auf der einen Seite eine Starkstromleistung von z.B. 220 V, 16 A und auf der anderen Seite eine Schwachstromleistung von z.B. 6 V,= >iA, die überwiegend durch den größten festgelegten Verbraucherwiderstand von z.B. 22 kOhm bedingt ist, schalten.
• Normalerweise sind aber Starkstromrelais mit AgCdO-Kontakten ausgerüstet, die sich beim Schalten von gröberen Leistungen besonders durch geringe Schweißneigung, gute Abbrandfestigkeit und lichtbogenlöschenden Eigenschaften auszeichnen. Diese AgCdO-Kontakte eignen sich aber nicht für die Schaltung der vorstehend genannten Schwachstromleistung. Um hier eine sichere Kontaktgabe zu erreichen, muß man entweder einen zusätzlichen Hilfskontakt aus Edelmetall als Öffner vorsehen, oder die hgCdO-Wechselkontakte müssen auf der Schwachstromseite hartvergoldet werden. Beide Maßnahmen bedeuten aber einen höheren Kostenaufwand, der besonders bei Drehstromschaltungen in Erscheinung tritt. Ferner sind die meisten Relaishersteller nur bei Abnahme von größeren Stückzahlen bereit, Relais in den genannten Sonderausführungen zu liefern, wobei auch meistens längere Lieferzeiten in Kauf genommen werden müssen.
• b) Krich- und Luftstrecken Die meisten auf dem Markt befindlichen Relais mit Wechselkontakten haben jeweils auf der geöffneten Seite nur einen Kontaktabstand von etwa 0,5 mmm und erfüllen damit nicht die VSE-Vorschriften 0110.
• c) Relais-Schütze Auf dem Mart befindliche Relais-Schütze, die mit relativ wenig Erregerleistung größere Leistungen schalten, haben z.T. nur einen Schließerkontakt ohne die Möglichkeit einen Hilfskontakt aus Edelmetall anbri.lgen Zu können.
• Die technischen Lösungen nach den Ansprüchen 1 unc 3 der P 24 11 344.8-32 für Geräteschaltungen in Halbleiterausführungen haben normalerweise den Nachteil, daß die üblichen Halbleiterschaltungen ein zu starkes und breites Oberwellenspektrum erzeugen, welches für den Menschen eine biologisch störende elektromagnetische Feldbelastung bedeutet.
• Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, a) bei Geräteschaltungen unter Verwendung elektromechaniseher Relais auf den Wechselkontakt zur Umschaltung des Wechselstromnetzes von der Wechselspannungsquelle auf die hilfsweise benötigte Kleinspannung und umgekehrt zu verzichten und nur noch Schließerkontakte zu verwenden, b) bei Geräteschaltungen in Halbleitertechnik sinngemäß, wie vorstehend unter a) beschrieben, auf spezielleUmsehalteinrichtungen zu verzichten, c) Halbleiterschalter, wie Triacs, Thyristoren usw., gleichzeitig noch als Stromfühler zu verwenden, um auf den techwisch aufwendigen Stromwandler (Arbeitsbereich z.B. 5 mi bis 25 A) verzichten zu können und d) bei Geräteschaltungen in Halbleitertechnik eine Schaltung zu verwenden, die aus biologischen Gründen ein möglichst kleines Obeniellenspektrum Erzeugt, Lösung: Die vorstehenden Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst, indem zu a u. b) bei Gerateschaltungen unter Verwendung elektromechanischer Relais oder Halbleiterschaltungen die hilfsweise benötigte Kleinspannung fest mit den Punkten Phase und Mp des wechelstromnetzes verbunden werden und zu c u. d) bei Geräteschaltungen in Halbleitertechnik, die möglichst wenig Oberwellen erzeugen sollen, eine Gleichstromzündung für die Triacs oder Thyristoren verwendet wird, in deren Zündstromkreis gleichzeitig der Wechselstromanteil als Maß für den Stromfluß oder Leerlauf (Stromfühler) im Wechselstromnetz ausgewertet wird.
• Erzielbare Vorteile: Die technisch und wirtschaftlich erzielbaren Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß a) bei Geräteschaltungen unter Verwendung elektromagnetischer Relais, diese nicht mehr, wie bisher, mit speziellen Wechsel- Kontakten ausgerüstet sein müssen, sondern einfache Relais und -Schütze mit einem oder mehreren Schließerkontakten Verwendung finden können, die hinsichtlich des Kontaktmaterials für die Schaltung von Starkstromleistungen optimal konzipiert sind, deren Luft- und Kriechstrecken den VI)E-Vorschriften 0110 entsprechen, die in den meisten Fällen ab Lager preiswert und mit kurzen Lieferzeiten bezogen werden können deren Angebot auf dem Markt hinsichtlich der Typenvielfalt und Zahl der Hersteller reichhaltiger ist, als für Relais mit speziellen Wechselkontakt-Anforderungen und die damit die weitere Entwicklung des Ein- und Ausschaltgerätes flexibler gestalten können, b) bei Geräte schaltungen in Halbleitertechnik die Halbleiterschalter, wie Triacs und Thyristoren, im Gegensatz zu den elektroechansich arbeitenden Relais praktisch verschlei.<frei schalten, der technisch aufwendige Stromwandler nicht mehr erforderlich ist und die in Beispiel 3 angegebene Schaltung praktisch oberwellenfrei arbeitet.
• Beschreibung mehrere Ausführungsbeispiele: Die Erfindung wird an Hand von 3 Blockschaltbildern erläutert: Beispiel 1 zeigt eine Geräte schaltung unter Verwendung eines elektromechanischen Relais mit 2-poliger Ein- u. Ausschaltung.
• Wird z.B. in einem Hausnetz nach einer Leerlaufphase wieder ein Verbraucher eingeschaltet, so wird der Einschaltstromkreis, bestehend aus dem Verbraucher (V), Eingang (1) des Einscheltverstärkers (EVr) und eine separate Klein-Gleicaspannungsquelle (B) geschlossen, der sich hierbei ergebende Einschaltstro verstärkt, so daß das Relais (R) anzieht, welches dabei über seine Kontakte rl und r2 das Hausnetz wieder mit der speisenden echselspannungsquelle (Phase und Mp) verbindet. Der jetzt fliessende Verbraucherstrom erzeugt in der Sekundärwicklung des Stromwandlers (W) eine Steuerwechselspannung, die an den Eingang (3) des Haltestromverstärkers (HVr) gelangt, hier verstärkt wird, so daß das Relais angezogen bleibt. Gleich itig wird der Einschaltverstärker (EVr) über die Verzögerungsc und BlolKadeschaltung (Vz + B1) so lange in seiner Einschaltfunktion blokiert, wie das Relais angezogen ist.
• Ist dagegen im Sonderfall der Verbraucherstrom zu klein, wern z.B. nach Einschaltung eines induktiven Kleinverbrauchers das Relais (R) über den Einschaltestromkreis noch eine Einschaltversuch ausführen konnte, oder ist im Stromkreis des Stromwarldlers tQl) bzw. des Haltestromverstzrkers (HVr) eine Störung vorhanden, so fällt das Relais (R) sofort mit kurzer Verzögerung wieder ab, und die VerzDgerungs- und Blockadeschaltung (Vz + BT) blokiet den Einschaltverstärker (EVr) in seiner Einschaltfunktion so lange, bis der Verbraucher (V) mit den zu kleinen Strom wieder abgeschaltet wird. Ohne diese spezielle Verzögerungs- und Blockadeschaltung (Vz + Bl) würde das Relais (R) unter den Betriebsbedingungen des vorstehend erläuterten Sonderfalls so lange fortlaufend anziehen und wieder abfallen, bis der betreffende Verbraucher (V) wieder abgeschaltet wird, wobei ein Verbraucher (V) u.U. Schaden leiden könnte.
• Beispiel 2 zeigt eine Geräte schaltung mit 1-poliger Ein- und Ausschaltung unter Verwendung eines Triacs (Tri), der gleichzeitig als elektronischer Schalter und Stromfjüiler für den Verbraucherstrorn oder Leerlauf im Wechselstromnetz dient.
• Diese Schaltung funktioniert in ähnlicher Weise, wie die in Beispiel 1 erläuterte. Der Zündstromkreis wird mit einen kleinen lIilfsrelais (HR) eingeschaltet. Der Wechselstromanteil in Gleichstromzündkreis ist ein Maß für Stromfluß oder Leerlauf in Wechselstromnetz; er wird mit einem kleinen Übertrager (t) aus dem Zündstromkreis ausgekoppelt und dem Haltestronverstärker zugeführt.
• Beispiel 3 zeigt eine Geräteschaltung mit einpoliger Ein- und Ausschaltung unter Verwendung von von 2 Thyristoren (Ty 1 + 2) an Stelle des Triacs (vri) in Schaltung von Beispiel 2. Diese Schaltung erzeugt im Verbraucherstromkreis fast keine aber wellen.

Claims (1)

1. Patentansprüche Anspruch 1 Automatisch arbeitendes Ein- und Ausschaltgerät für ein elektrisches Wechselstromnetz, insbesondere für ein Hausnetz, welches mit Hilfe eines Relais ein Wechselstromnetz nach Abschltung aller Verbraucher automatisch 1- oder mehrpolig von der speisenden Wechselstromquelle abschaltet und nach erneuter Einschaltung irgend eines Verbrauchers wieder automatisch. mit der Wechselspannungsquelle verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einschaltverstarker (EVr) vorhanden ist, dessen Ausgang (5) mit dem Relais (R) verbunden ist, dessen Eingang (4) zusammen mit einem Verbraucher (V) und einer separaten Einschaltspannungsquelle (B), die eine biologisch nicht störende Gleichspannung oder Kleinwechselspannung bzw. Kleinimpulsspannung liefert, einen Reihenstromkreis bildet, der beim Einschalten eines Verbrauchers (V) geschlossen wird, dessen Strom durch den Einschaltverstärker (EVr) verstärkt wird und das Relais (R) zum Anzug bringt, daß in den Netzzuleitungen eine den Verbraucherstrom erfassender Fühler (W) liegt, daß ein empfindliches Hilfsrelais oder Haltestromverstärker (HVr) vorhanden ist, dessen Eingang (2) mit dem Ausgang (1) des Fühlers verbunden ist, dessen Ausgang (3) mit dem Ausgang (5) des Einschaltverstärkers (EVr) und mit dem Relais (R) verbunden ist, welches derart bemessen ists daß bei fließendem Verbraucherstrom im Wechselstromnetz das Relais (X) angezogen bleibt und bei Leerlauf das Relais wieder abfällt, daß eine Verzögerung- und Blokadeschaltung (Vz + Bl) vorhanden ist, deren Eingang (7) mit dem Relais (R), mit dem Ausgang (5) des Einschaltverstärkers (EVr) und dem Ausgang (3) des H&ltestromverstärker (HVr) oder mit Phase und Np geräteseitig vertunden ist, deren Ausgang (8) derart mit dem Einschaltverstärker (EVr, 6) verbunden ist, daß dieser jeweils nach Anzug des Relais ( mit geringer Verzögerung in seiner EinschaltfunXtion blõXiert wird und nach Abfall des Relais (X) diese Blokade mit geringer Verzögerung wieder aufgehoben wird, und daß der Einschaltverstärker (EVr) im Sonderfall, wenn das Relais (R) nur kurzzeitig anzieht und dann sofort wieder abfällt, so lange in seiner Einsch&ltfunknion blockiert wird, bis der Verbraucher wieder abgeschaltet wird.

   Anspruch 2 Automatisch arbeitendes Ein- und Ausschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler (elf) ein Stromwandler, Meßwiderstand und Halbleiterbauelemente, wie Triacs, antiparallelgeschaltete Dioden, Thyristoren, Transistoren usw. verwendet wird.

   Anspruch 3 Automatisch arbeitendes Ein- und Ausschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (X) in Form einer kontaktlosen Halbleiterschaltung ausgeführt ist, wie Triacs, antiparallelgeschaltete Thyristoren, Transistoren usw.

   Anspruch 4 Automatisch arbeitendes Ein- und Ausschaltgerät nach Ansprlslch 1, dadurch gekennzeichnet, das Halbleiterbauelemente, wie Triacs, antiparallelgeschaltete Thyristoren, Transistoren usw., gleichzeitig als Schalter und Stromfühler arbeiten.

   Anspruch 5 Automatisch arbeitendes Ein- und Ausschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennezichnet, daß bei Verwendung von Triacs oder antiparallelgeschaltete Thyristoren als kontaktlose Schalter und Stromfühler der Wechsel- bzw. Impulsstromanteil im Stromkreis einer angewendeten Gleichstronzündlng ein Maß für den durch die Halbleiterschalter fließenden Strom oder Leerlauf ist.