DE3836275A1 - Verfahren zur verhinderung des durchflusses eines betriebsstromes durch den menschlichen koerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

In der Vergangenheit sind im wesentlichen zwei Schutzar­ ten zum Schutz gegen Schäden durch elektrischen Strom bekannt geworden. Zum einen ist zur Verhinderung eines Brandes aufgrund von Kurzschluß oder von Überstrom eine Schmelzsicherung bzw. ein Leitungsschutzschalter verwen­ det worden; und zum anderen sind Fehlerstromschutzschal­ ter bekannt geworden, mit denen Fehlerströme detektiert werden können, die beispielsweise dadurch entstehen kön­ nen, daß die Isolierung eines elektrischen Bauelementes innerhalb eines Gehäuses schadhaft wird, so daß ein Strom gegen Erde dann abfließen kann, wenn ein Mensch das Gehäuse berührt.

Wenn beispielsweise Kinder in elektrische Steckdosen hineinfassen oder elektrisch leitende Gegenstände hin­ einstecken, so daß dadurch ein elektrischer Strom über das Herz fließt, dann wird dies weder durch einen Lei­ tungsschutzschalter noch durch einen Fehlerstromschutz­ schalter detektiert, es sei denn, daß gleichzeitig auch Strom gegen Erde abfließen kann, was nicht der Fall zu sein braucht. Aus diesem Grunde sind sog. Kindersiche­ rungen vorgesehen worden, mit denen der Zugang zu Steck­ dosen mechanisch verhindert wird. Gleichwohl ist nicht zu vermeiden, daß Kinder diese Sicherungen überlisten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem gesundheitliche Schäden bei direktem Anfassen von offenen Leitern oder von An­ schlußklemmen von elektrischen Anlagen verhindert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Bei der Erfindung macht man sich zunutze, daß dann, wenn Strom über den menschlichen Körper fließt, der Körper diesem Strom einen bestimmten Widerstand entgegensetzt, so daß ein bestimmter Spannungsabfall detektiert werden kann. Wenn dieser bestimmte Spannungsabfall oder ein bestimmter Mindeststrom nicht überschritten wird, dann wird der Betriebstrom nicht zugeschaltet; wenn dieser Mindeststrom überschritten wird, dann wird der Betriebs­ strom, d.h. der Netzstrom zugeschaltet.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens besteht darin, daß mittels des Prüfstromes zunächst der Anschluß einer Last detektiert wird. Sodann erfolgt eine Stromerhöhung, und bei diesem höheren fließenden Meßstrom wird geprüft, ob ein bestimmter Mindeststrom­ wert überschritten ist. Wenn dies der Fall ist, dann wird erst der Betriebsstrom zugeschaltet. Dabei können der Prüfstrom einige µA und der eigentliche Meßstrom einige mA betragen.

Zum Bestimmen, ob eine elektrische Last vorhanden ist oder nicht, kann Gleichstrom, ein mit definierten Prüf­ impulsen gepulster Strom oder ein Wechselstrom verwendet werden, dessen Frequenz nicht 50 Hz ist. Diese Meßströme können darüberhinaus auch dem Betriebsstrom überlagert sein, so daß auch unter Betriebsbedingungen ständiges bzw. zyklisches Messen der Last möglich ist.

Die Verwendung eines Gleichstromes nach Anspruch 3, zu­ mindest als Meßstrom, macht sich das spezielle Verhalten der elektrolytischen Potentiale der Zellflüssigkeit ei­ nes Lebewesens zunutze. Zweckmäßigerweise kann die Aus­ wertung bei veränderlichem Gleichstrom erfolgen, da hierbei bestimmte charakteristische Stromverläufe zu erwarten sind, die bei einem technischen Gerät nicht gegeben sind.

Bei Benutzung von Weschselstrom mit unterschiedlichen Frequenzen enstprechend den Merkmalen des Anspruches 4, gelangt man über eine Frequenzanalyse des durch den Kör­ per des betreffenden Lebewesens fließenden Stroms zu ei­ nem geeigneten Ergebnis. Ähnliches gilt auch bei Benut­ zung eines Impulsstromes mit unterschiedlichen Impulshö­ hen gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 5.

Praktisch das gleiche Verfahren kann auch dann verwendet werden, wenn die Steckdosen beispielsweise in Hotelzim­ mern für geringe Lasten ausgelegt sind. Derartige Lasten können beispielsweise der Rasierapparat, ein Taschen­ rechner sein; in diesem Fall wird dann, wenn ein Maxi­ malwert bei der Messung überschritten wird, die Last abgeschaltet. Dies ist auch dann der Fall, wenn die Lei­ tungen zu schwach dimensioniert sind.

Es ist zwar bekannt geworden, dauernd eine Prüfspannung von 4 V innerhalb eines Installationsnetzes "auszusen­ den". Diese Prüfspannung dient aber lediglich zur Über­ prüfung, ob an irgendeiner Steckdose überhaupt eine Last hängt. Dann, wenn keine Last angeschlossen ist, wird das gesamte Netz freigeschaltet, um elektrische Streuwech­ selfelder abzuschalten, die die menschliche Gesundheit schädigen können. Ein Schutz gegen einen Stromschlag durch Berührung zweier Phasenleiter oder eines Phasen­ leiters und eines Nulleiters findet hier nicht statt. Dieser Schalter ist unter der Bezeichnung "Biologa- Schalter" bekannt geworden.

Darüberhinaus ist auch ein sog. Endotron-Freischalter bekannt geworden, der überprüft, ob ein Verbraucher an das Netz geschaltet ist, der zwei und mehr Watt-Leistung aufnimmt. Bei mehr als 4 W schaltet der Freischalter das Netz zu; sobald kein Verbraucher mit mehr als 2 W vor­ handen ist, schaltet er ab. Wofür dieses Schaltgerät verwendet werden soll, ist nicht angegeben. Da aber ein Hinweis auf Phasenanschnittssteuerungen und Schlafräume angeben ist, ist anzunehmen, daß dieser Schalter zum gleichen Zweck wie der "Biologa-Schalter" eingesetzt werden soll, d.h. also, um zu vermeiden, daß die hohen, bei Phasenanschnittssteuerungen entstehenden Frequenzen von elektrischen Feldern, die bestimmte gesundheitliche Schädigungen mit sich bringen sollen, verhindert und vermieden werden.

Damit ein Prüfstrom überhaupt fließen kann, muß an den im Ruhezustand nicht verbundenen Kontakten, beispiels­ weise einer Steckdose, eine Spannung anstehen, die den Prüfstrom treibt. Wenn dann festgestellt wird, daß ein Prüfstrom fließt, dann wird die Stromerhöhung vorgenom­ men, so daß der Meßstrom fließt; damit kann dann detek­ tiert werden, ob ein technisches Gerät oder ein Lebewe­ sen, ein menschlicher oder tierischer Körper die An­ schlußkontakte berührt.

Für die Messung von Bedeutung ist das Verhalten des menschlichen Körpers bei Stromdurchfluß. Untersuchungen hierüber sind u.a. von Biegelmeier durchgeführt und ver­ öffentlicht worden (s. DE-Z EuM, Jahrgang 101, Heft 2 "Über den zusätzlichen Schutz bei direktem Berühren durch Fehlerstromschutzschalter" sowie Jahrgang 103, Heft 2 "Körperströme und Berührungsspannungen in der Badewan­ ne").

Die Erfindung ist nicht nur anwendbar, um eine bestimmte Mindeslast zu detektieren, sie kann auch dazu benutzt werden, um Maximallasten, z.B. Kurzschlüsse, zu erfassen und abzuschalten. Hierzu wird ein oberer Schwellwert festgelegt, der bei Fließen des Meßstromes erreicht wer­ den muß.

In der obigen Darstellung ist ausgeführt worden, daß die Detektierung, ob an die elektrischen Anschlußstellen ein menschlicher Körper anfaßt oder nicht, bestimmte einzel­ ne Maßnahmen getroffen werden, in dem der Meßstrom ent­ weder als Gleichstrom, als Wechselstrom mit bestimmter erhöhter Frequenz oder als Impulsstrom ausgebildet ist. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, alle diese Maßnahmen gleichzeitig oder innerhalb einer bestimmten Zeitdauer hintereinander durchzuführen, weil es sich als nicht sehr bedeutungsvoll herausstellt, ob das Einschal­ ten einer elektrischen Glühlampe sich um eine halbe Se­ kunde verzögert oder nicht. Bestimmte technische Geräte, bei denen ein Anwärmvorgang stattfindet, haben eine der­ artige Verzögerung bei der Inbetriebsetzung, ohne daß eine derartige Verzögerung stört; aus diesem Grunde dürfte auch im übrigen Haushaltsbereich ein Problem mit einer solchen Verzögerung nicht gesehen werden können.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist, sollen die Er­ findung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und be­ schrieben werden.

Es zeigt:

die einzige Figur eine Schaltungsanordnung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens.

In einer Phasenleitung 10 befindet sich ein Schaltgerät 11, das mittels einer Detektionsschaltung 12 über eine Leitung 13 angesteuert wird. Diese Detektionsschaltung wird über eine Leitung 21 gespeist und besitzt einen zwischen Last und einem Prüfstromerzeuger 17 bzw. einem Meßstromerzeuger 18 geschalteten Widerstand 15, dessen Spannungsabfall mittels eines Operationsverstärkers 16 gemessen wird. Hier findet eine Differenzmessung statt. Der Strom, der durch den Widerstand 15 fließt, ist ein mittels des Prüfstromerzeugers 17 erzeugter Prüfstrom bzw. ein mittels des Meßstromerzeugers 18 erzeugter Meß­ strom. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 16 wird einerseits einem Komparator 19 und andererseits einem Fensterdiskriminator 20 zugeführt; der Komparator 19 steuert einerseits den Meßstromerzeuger 18 und ande­ rerseits den Fensterdiskriminator 21 an, der je nach bei der Differenzmessung durch den Operationsverstärker 16 gemessenen Spannung über die Leitung 13 den Schalter 11 ansteuert.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verhinderung des Durchflusses ei­ nes Betriebsstromes, z.B. des Netzstromes, insbesondere über das Herz eines Menschen, bei vorzugsweise gleich­ zeitiger direkter Berührung je eines Phasenleiters oder eines Phasenleiters und des Nulleiters an einer elektri­ schen Anschlußstelle, vorzugsweise einer Steckdose, z.B. mit je einer Hand, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ schluß mit einem Meßstrom beaufschlagt wird, dessen Höhe für den Menschen ungefährlich ist, daß der fließende Meßstrom detektiert und lediglich bei Überschreiten ei­ nes Mindestwertes des fließenden Stromes bei bestimmter Mindestlast der volle Betriebsstrom dem Anschluß zuge­ schaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zunächst mittels eines kleinen Prüfstromes in Höhe von einigen µA das Vorhandensein einer Last detek­ tiert wird und daß danach der erhöhte, zur Messung der Last dienende Meßstrom zugeschaltet wird.

3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Prüfstrom und/der Meßstrom ein Gleichstrom ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrom und/oder der Prüfstrom ein pulsierender oder ein Wechselstrom mit unterschiedlichen Frequenzen ist, die sich deutlich von der Frequenz des Betriebsstromes unterscheiden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Meßstrom als Impulsstrom mit unterschied­ lichen Impulshöhen ausgebildet ist.

6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spannung des Meßstromes und/oder des Prüfstromes höchstens 50 V beträgt.