DE4008970A1 - Schutzeinrichtung fuer elektrisch betriebene, schutzisolierte geraete - Google Patents

Schutzeinrichtung fuer elektrisch betriebene, schutzisolierte geraete

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DE4008970A1
DE4008970A1 DE19904008970 DE4008970A DE4008970A1 DE 4008970 A1 DE4008970 A1 DE 4008970A1 DE 19904008970 DE19904008970 DE 19904008970 DE 4008970 A DE4008970 A DE 4008970A DE 4008970 A1 DE4008970 A1 DE 4008970A1
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Richard Ing Grad Mesli
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Vorwerk and Co Interholding GmbH
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Vorwerk and Co Interholding GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal fluid pressure, liquid level or liquid displacement, e.g. Buchholz relays
    • H02H5/083—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal fluid pressure, liquid level or liquid displacement, e.g. Buchholz relays responsive to the entry or leakage of a liquid into an electrical appliance
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/33—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers
    • H02H3/334—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers with means to produce an artificial unbalance for other protection or monitoring reasons or remote control

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für elektrisch betriebene, schutzisolierte Geräte ohne Erdleiter in Form eines bei Unterspannung auslösenden Fehlerstrom- oder Differenzstromschalters mit Schutzleiterüberwachung, bei der mittels eines Summenstromwandlers die Auslösespannung im Fehlerfall erzeugt wird, wobei der Summenstromwandler eine Hilfswicklung trägt, die im Fehlerfall über eine damit gekoppelte Auswerte-Elektronik ein Auslöseschaltbauteil beeinflußt, welches das Gerät vollständig allpolig vom Netz trennt.
Derartige Schutzeinrichtungen haben den Zweck, den Menschen vor Elektrogeräten mit gefährliche Berührungsspannungen bei ungewolltem Kontakt mit feuchten oder flüssigen Medien oder bei fehlerhafter Isolation zu schützen.
Bei den gesamten auftretenden Elektrounfällen steht seit Jahren der sogenannte "Badezimmerunfall" als häufigste Einzelursache an erster Stelle. Dem gleichzusetzen sind ebenfalls diejenigen Unfälle im Küchen- oder Hobbybereich, bei denen mit flüssigen Medien und Elektrogeräten umgegangen wird.
Kommt einer der vorangesprochenen Gerätetypen mit einem, sich in einem Behälter befindlichen flüssigen Medium in Berührung, so kann in Abhängigkeit von der Art des Gerätes, den Erdungsverhältnissen der Behälter und der Schutzeinrichtung der Hausinstallation der Fehler nicht erkannt werden und das Gerät bleibt weiter unter Spannung. Für einen hiermit in Berührung kommenden Menschen führt diese Situation in der Regel zum Tode.
Durch Verwendung von bekannten Summen- oder Differenzstrom- Schutzschaltern versucht man derartige Situationen zu verhindern.
So ist aus der EP 01 89 493 ein hochentwickelter Differenzstrom- Schalter mit Schutzleiterüberwachung und Unterspannungsauslösung bekannt, der im Gefahrenfall bei ca. 10 mA Fehlerstrom in einer Netzhalbwelle das Gerät dreipolig abschaltet.
Hierbei ist es allerdings nachteilig, daß derartige Schalter erst ansprechen, wenn der Fehlerstrom über den Schutzleiter oder eine irgendwie geartete Erdverbindung abfließen kann.
Da der überwiegende Teil der vorbeschriebenen Geräte, die im Haushalt Verwendung finden, jedoch schutzisoliert ist, also ohne Erdleiter sind, kann eine Abfrage des Fehlerstromes über den Erdleiter nicht erfolgen. Auch gibt es im Haushalt eine Vielzahl von nichtgeerdeten Behältern für flüssige Medien, so daß die Gefahr eines Stromschlages für den Benutzer auch bei Verwendung eines solchen Schutzgerätes nicht gänzlich eliminiert werden kann.
Eine weitere derartige Lösung ist aus der EP 00 88 390 bekannt. Hierin wird in das Gerät eindringende Feuchtigkeit in Abhängigkeit der Menge über einen Sensor oder eine Fühlerleitung an eine Auswerteelektronik gemeldet, die sodann das Gerät vom Netz trennt.
Eine derartige Lösung bietet jedoch den Nachteil, daß elektrische Störungen aus dem Netz oder vom Motor des zu schützenden Geräts Fehlfunktionen verursachen. Auch ist es möglich, daß bei Bruch der Sensorleitung oder Ausfall von Verstärkerbauteilen ein Schutz versagt. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß bei ausschließlichem Anliegen der netzseitigen Phase die Schaltung nicht aktiviert ist, da die Versorgungsspannung fehlt.
Die Erfindung stellt sich nun, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile, die Aufgabe, eine Schutzeinrichtung für elektrisch betriebene, schutzisolierte Geräte ohne Erdleiter zu schaffen, die ohne weitere Erdleitung, d. h., auch bei völliger Isolierung, eine Abschaltung bewirken, ohne das ein für den Benutzer gefährliches Berührungspotential im flüssigen Medium entsteht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß im Gegensatz zu den Lösungen mit alleiniger Erdleiterauswertung und alleiniger Feuchtesensorauswertung auch bei schutzisolierten, also ohne Erdleiter, Elektrogeräten eine Abschaltung sofort erfolgt. Auch wenn im Versorgungsnetz nur der Phasenleiter vorhanden ist, spricht hierauf die Unterspannung-Auslösung an. Eine große Funktionssicherheit gegen Funkstörungen oder Verschmutzung der Fühler (1′) ist gegeben und bei einem Bauteileausfall ist der Schutz des Benutzers im normalen Umfang stets garantiert.
Nachfolgend soll die Erfindung beschrieben und anhand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Nach Fig. 1 ist die Schutzeinrichtung (9), die sowohl im Gerät (8) selbst, als auch in einer - hier nicht dargestellten - separaten Kapselung oder Steckereinheit angeordnet sein kann, normalerweise wegen ihrer Unterspannungsauslösung ausgeschaltet. Sie wird über einen Taster oder Schalter (6) eingeschaltet. Durch den voreilenden Hilfskontakt (7) erhält die Auswerte-Elektronik (4) Spannung und hält mit ihrem Auslösemagnet (10) die Schaltkontakte (5) in Einschaltstellung.
Der Arbeitsstrom über den Motor (11) oder Widerstand (12) des angeschlossenen, isolierten Elektrogerätes (8) durchfließt über die Gerätezuleitung (L′) und (N′) den Summenstromwandler (2) in gleicher Größe in gegenseitiger Weise und erzeugt somit kein resultierendes Magnetfeld, so daß der Schalter (5) eingeschaltet bleibt.
Bei einem auftretenden Fehlerstrom, der durch einen Isolationsfehler von den Leitungen (L′) oder (N′) direkt gegen Erde abfließt, wird im Summenstromwandler (2) eine Stromunsymmetrie erzeugt, die über die Hilfswicklung (3) an die Auswerte-Elektronik (4) weitergegeben wird. Diese unterbricht die Stromzufuhr zum Auslösemagneten (10) und der Schalter (5) wird geöffnet.
Befindet sich nun das Elektrogerät (8) in einem Behälter mit einem flüssigen Medium, so bilden sich über das flüssige Medium zwischen den Leitungen (L′) und (N′), den elektrisch leitenden Geräteteilen und die Fühler (1′) ein Widerstand von einigen Kiloohm aus.
Eine positive Strom-Halbwelle auf dem Phasen-Leiter (L) durchfließt den Summenstromwandler (2), läuft weiter über (L′) und den Wasser-Widerstand zur Fühlerleitung (1). Von dort aus über die entgegengesetzt zu den Netzleitungen (L, N) verlaufende Fühlerleitung (1) nochmals durch den Summenstromwandler (2) und weiter zurück über die Widerstände (R1, R3) und die Diode (D2) zum Neutralleiter (N).
Die Widerstände (R1 bis R3) dienen zur Schutzschaltung gegen Netzkurzschluß bei Ausfall der Dioden (D1, D2). Auch lassen sich die Widerstände (R1 bis R3) durch Dioden (C1 bis C3) ersetzen.
Eine positive Stromhalbwelle auf dem Neutralleiter (N) durchläuft die Schaltung analog über den Summenstromwandler (2), die Geräteleitung (N′), den Widerstand des flüssigen Mediums zwischen Geräteleitung (N′) und Fühlerleitung (1), den Summenstromwandler (2) und zurück über R1, R2 und D1 zum Phasenleiter (L).
In jedem der aufgezeigten Fälle wird der fließende Fehlerstrom in der jeweiligen Netzzuleitung (L, N) und der Fühlerleitung (1) gleichsinnig durch den Summenstromwandler (2) geführt, so daß über die Hilfswicklung (3) an die Auswerte-Elektronik (4) ein Fehlersignal gegeben wird.
Der auftretende Fehlerstrom ist durch die Verwendung der Dioden je nach Einbruch des flüssigen Mediums im Elektrogerät (8) für den Summenstromwandler (2) ein Gleichstrom in Halbwellen- oder Doppelwellenform; jedoch für die Abschaltfunktion ohne Belang. Die Auslöseempfindlichkeit konnte von herkömmlichen 10 mA auf 3 mA Fehlerstrom auf der Fühlerleitung (1) erfindungsgemäß gesenkt werden.

Claims (6)

1. Schutzeinrichtung für elektrisch betriebene, schutzisolierte Geräte ohne Erdleiter in Form eines bei Unterspannung auslösenden Fehlerstrom- oder Differenzstromschalters mit Schutzleiterüberwachung, bei der mittels eines Summenstromwandlers die Auslösespannung im Fehlerfall erzeugt wird, wobei der Summenstromwandler eine Hilfswicklung trägt, die im Fehlerfall über eine damit gekoppelte Auswerte-Elektronik ein Auslöseschaltbauteil beeinflußt, welches das Gerät vollständig allpolig vom Netz trennt, gekennzeichnet durch die Kombination nachstehender, teilweise bekannter Merkmale:
  • a. eine im schutzisolierten Gerät (8) angeordnete separate Fühlerleitung (1), die mit einer feuchtigkeitssensitiven Fühler (1′) verbunden ist;
  • b. einen Summen- oder Differenzstromwandler (2), bei dem die separate Fühlerleitung (1) gegensinnig zu den beiden Netzleitungen (L, N) durch den Summen- oder Differenzstromwandler (2) geführt ist;
  • c. eine vom Summen -oder Differenzstromwandler (2) über eine Hilfswicklung (3) beeinflußbare, mittels elektrisch betätigbarer Schaltlemente (5) das Gerät (8) vom Netz trennende, Auswerte- Elektronik (4);
  • d. einen künstlichen, stromfreien, zwischen den Netzzuleitungen (L, N) im Bereich der Schaltelemente (5) und dem Summen -oder Differenzstromwandler (2) in der separaten Fühlerleitung (1) angeordneten, elektrischen Mittelpunkt (M).
2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der künstliche elektrische Mittelpunkt (M) durch zwei entgegengesetzt gepolte Gleichrichterelemente (D1, D2), wie beispielsweise Dioden, die zwischen separater Fühlerleitung und den jeweilgen Netzleitungen (L, N) angeordnet sind, gebildet wird.
3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der künstliche elektrische Mittelpunkt (M) durch drei sternförmig zwischen separater Fühlerleitung (1) und den jeweiligen Netzleitungen (L, N) angeordnete Widerstände (R1 bis R3) gebildet wird.
4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der künstliche elektrische Mittelpunkt (M) durch drei sternförmig zwischen separater Fühlerleitung (1) und den jeweiligen Netzleitungen (L, N) angeordnete Kondensatoren (C1 bis C3) gebildet wird.
5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der künstliche elektrische Mittelpunkt (M) durch die Kombination von zwei entgegengesetzt gepolten Gleichrichterelementen (D1, D2) und sternförmig zwischen Fühlerleitung (1) und jeweiliger Netzleitung (L, N) angeordneten Widerständen (R1 bis R3) gebildet wird.
6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerleitung (1) über einen Widerstand (R1) mit dem Mittelpunkt (M) und von dort aus symmetrisch über die Widerstände (R2, R3) und die nachfolgenden Dioden (D1, D2) mit den Netzleitern (L, N) verbunden sind.
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