DE4029175C2 - Elektrische Schutzeinrichtung - Google Patents

Elektrische Schutzeinrichtung

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    • G01R27/16Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
    • G01R27/18Measuring resistance to earth, i.e. line to ground

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schutzeinrichtung gegen gefährliche Berührungsströme, wenn Personen direkt oder indirekt mit elektrischen Geräten oder Zubehörteilen in Berührung kommen.

Eine spezielle Anwendung der Erfindung ergibt sich bei transpor­ tablen Elektrogeräten oder Kombinationen von solchen, insbeson­ dere im elektromedizinischen Bereich.

Bei der medizinischen Verwendung von Elektrogeräten und deren Anwendungsteilen werden u. a. Elektroden an die Oberfläche des menschlichen Körpers gelegt (z. B. EKG, EEG, EMG) oder in natür­ liche (z. B. Mund) oder künstliche (z. B. Intensivüberwachung und Dialyse) Körperöffnungen eingeführt. Bei Anwendung des Herzka­ theters gelangt ein Anwendungsteil sogar in das Herz. Elektromedizinische Anwendungsteile kommen auch bei Operationen am offenen Herzen mit dem Herzen in Berührung.

Zum Schutze gegen die erhöhten Gefahren im medizinischen Bereich ist die Installation eines sog. IT-Netzes (= von Erde isoliertes Netz) mit Trenntransformator und Isolationsüberwachung vorgeschrieben, wobei "die Trenntransformatoren außerhalb der medizinisch genutzten Räume ortsfest aufgestellt werden" (VDE 0107/11.89, Abs. 3.3.3.5). Zusätzlich werden an die medizinischen Elektrogeräte erhöhte Anforderungen bezüglich ihrer Isolier- und Spannungsfestigkeit gestellt.

Weiter wird im medizinisch genutzten Raum ein Potentialausgleich angewandt, d. h. bestimmte Metallflächen werden miteinander und mit dem Schutzleiter verbunden. Darüberhinaus empfiehlt eine VDE- Bestimmung, daß alle in diesem Raum befindlichen Steckdosen und Geräte ausschließlich vom IT-Netz versorgt werden, d. h. es soll hier keine andere Schutzleiter-Schutzmaßnahme angewandt werden. Diese Empfehlung wird jedoch in der Praxis nicht immer realisiert, weil oft auch leistungsstarke Geräte in Betrieb zu nehmen sind und bei diesen die Anwendung von Trenntransformatoren zu aufwendig wäre.

Wenn dieser Fall gegeben ist, kann sowohl der Patient, wie auch das Bedienungspersonal einer Elektrisierung ausgesetzt sein, wenn bei den nicht am IT-Netz angeschlossenen Steckdosen eine Schutzleiterunterbrechung, oder gar eine Schutzleiter/Außenleitervertauschung vorliegt. Diese Gefahr ist z. B. dann gegeben, wenn zusätzliche Geräte in Betrieb genommen werden müssen, z. B. ein Oszilloskop oder ein anderes Meßgerät, und diese Geräte zufällig bzw. mangels verfügbarer IT-Steckdosen an jenen Steckdosen angeschlossen werden, die nicht vom IT-Netz gespeist werden.

Das Vorhandensein eines Potentialausgleiches erhöht die erwähnte Gefahr, weil im Berührungsfalle der Berührungsstrom wegen des geringen Erdungswiderstandes der in den Potentialausgleich einbezogenen Metallflächen wesentlich erhöht wird.

Die erwähnten Gefahren treten besonders dann auf, wenn eine Kombination von elektromedizinischen Geräten ortsveränderlich in verschiedenen Räumen eingesetzt wird und nicht bekannt ist, ob die in den betreffenden Räumen angewandten Schutzmaßnahmen fehlerfrei sind.

Als Stand der Technik gelten die erwähnten und vorgeschriebenen bzw. empfohlenen Schutzmaßnahmen.

Darüberhinaus ist eine weitere zusätzliche Schutzmaßnahme bekannt, bei der im Sekundärkreis des Trenntransformator ein empfindlicher Fehlerstrom-Schutzschalter liegt, siehe z. B. VDE 0100 Teil 410/11.83, S. 8 und 20. Der einzige Vorteil dieser zusätzlichen Maßnahme liegt jedoch nur darin, daß bei einem Doppelerdschluß auch bei geringen Fehlerströmen eine Abschaltung gewährleistet wird, allerdings auch nur dann, wenn mindestens zwei FI- Schutzschalter installiert sind, und die Fehler hinter verschiedenen FI liegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Schutz des Menschen zuverlässig auch dann zu gewährleisten, wenn die ortsfeste elektrische Installation, an der das Gerät bzw. die Kombination mehrerer Geräte angeschlossen wird, den erforderlichen Schutz nicht bietet, z. B. bei Schutzleiter-Unterbrechung, oder wenn sie eine gefährliche Spannung überträgt, z. B. wenn eine Schutzleiter/Außenleitervertauschung vorliegt. Durch die Erfindung soll der sichere Betrieb der Geräte in jedem Fall gewährleistet sein, unabhängig von der am Einsatzort angewandten Schutzmaßnahme sowie unabhängig von Installationsfehlern und unabhängig von den gegebenen Umgebungsbedingungen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Die folgenden Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung kann bei jeder Steckdose angeschlossen werden und setzt nicht das Vorhandensein eines ortsfesten IT-Netzes voraus. Sie hat nicht nur dieselbe Schutzwirkung wie ein ortsfestes IT-Netz, sondern darüberhinaus die weiteren angeführten Schutzwirkungen.

Das Hauptanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung liegt im medizinischen Bereich. Die Schutzeinrichtung bietet den im Gefahrenbereich befindlichen Personen (Patient, Arzt und Bedienungspersonal) bei allen möglichen Konstellationen und Fehlerzuständen der ortsfesten Anlage einen zuverlässigen Schutz gegen einen gefährlichen Berührungsstrom.

Die Erfindung wird in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die Schutzeinrichtung ist an der Schutzkontaktsteckdose S1 angeschlossen, die vom Netztransformator T gespeist wird. Die beiden Netz-Stromleiter L und N gehen durch den Summenstromwandler SW des empfindlichen Fehlerstrom-Schutzschalters EFI zur Primärwicklung des Trenntransformator TR. Von der Sekundärseite führen die Leiter 1 und 2 zur Schutzkontaktsteckdose S2, an der die verschiedenen Elektrogeräte anzuschließen sind. Hier ist, der Übersichtlichkeit halber, nur ein Gerät G angeschlossen. Im Sekundärkreis des Trenntransformators TR liegt die Isolations-Überwachung IÜ.

Der vom Schutzkontakt SK der Schukosteckdose S1 kommende Schutzleiter ist ebenfalls durch den Summenstromwandler SW geführt. Er hat mehrere Windungen. Nicht nur um eine hohe Empfindlichkeit, z. B. 1 mA zu erzielen, sondern auch deshalb, um den Schutzleiter, der nach dem EFI verlegt ist, auf Spannungsfreiheit überwachen und gegebenenfalls mit abschalten zu können. Die hohe Empfindlichkeit ist bei der gegebenen Schutzeinrichtung deshalb betrieblich möglich, weil die Erdschlußfreiheit von PE notwendig und bei der hier gegebenen Anlage betrieblich auch realisierbar ist.

Sollten sich im Betrieb aufgrund nicht beabsichtigter Veränderungen dennoch eine Zwangserdung oder eine Zufallserdung ergeben, so schaltet der EFI die Schutzeinrichtung ab. Die Ableitströme der angeschlossenen Geräte, wirken sich hier nicht aus. Es existiert praktisch nur der außerordentlich geringe Ableitstrom des Trenntransformators TR.

Die Isolationsüberwachung IÜ funktioniert in bekannter Weise, d. h. sie signalisiert (akustisch und optisch rot) den ersten Leiterschluß, z. B. 1 gegen PE, oder 2 gegen PE, entsprechend dem eingestellten minimal zulässigen Isolationswiderstand.

Sowohl der Patient, wie auch das Bedienungspersonal sind bei allen möglichen Konstellationen und Fehlerzuständen der ortsfesten Anlage gegen einen gefährlichen Berührungsstrom geschützt. Fließt z. B. ein Fremdstrom FS, d. h. ein von einer außerhalb der geschützten Anlage kommender Strom z. B. über die Hände B1 und B2 zum Gerätegehäuse G, so schaltet der EFI ab. Eine Abschaltung erfolgt auch dann, wenn die Schukosteckdose S1 falsch angeschlossen ist, d. h. wenn der Schutzkontakt mit dem spannungsführenden Leiter verbunden ist und der Weg des Berührungsstromes von G ausgeht und über B1, B2 zur Fremderde FE (z. B. eine in den Potentialausgleich einbezogene Metallfläche) fließt. Eine Abschaltung würde nicht erfolgen, wenn die Fremderde FE zwangsläufig oder zufällig mit dem Schutzleiter PE verbunden wäre. Um diese Voraussetzung zu verhindern erfolgt bei diesem Zustand eine automatische Abschaltung. Auch alle anderen Berührungsstromwege führen zu einer Abschaltung, z. B. auch ein solcher, der über Patienten und Bedienungspersonal führt, da hier eine Verbindung über die konventionelle Isolations-Überwachung zum Schutzleiter PE gegeben ist.

Claims (4)

1. Elektrische Schutzeinrichtung gegen gefährliche Berührungsströme, bestehend aus einem Trenntransformator (TR), einer Isolationsüberwachung (IÜ) auf Erdschlußfreiheit der Sekundärleitungen (1, 2) und einem empfindlichen Fehlerstrom- Schutzschalter (EFI) mit einem Summenstromwandler (SW), dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz gegen einen Primär/Sekundärschluß der empfindliche Fehlerstrom-Schutzschalter (EFI) dem Trenntransformator (TR) vorgeschaltet ist und der von der Steckdose (S1) kommende Schutzleiter (PE) in mehreren Windungen durch den Summenstromwandler (SW) geführt ist, wodurch auch dann eine Abschaltung erfolgt, wenn der nach dem Summenstromwandler (SW) verlegte Schutzleiter (PE) direkt oder indirekt mit einem fremden spannungsführenden Leiter (FS) oder einem fremden geerdeten Leiter (FE) in Berührung kommt.
2. Elektrische Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Abschaltung im Sekundärkreis des Trenntransformators (TR) ein Kurzschluß erzeugt wird, der die von hier ausgehende gefährliche Berührungsspannung sofort auf Null reduziert.
3. Elektrische Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschluß mit Hilfe eines Triacs oder eines vergleichbaren elektronischen Bauelementes erfolgt.
4. Elektrische Schutzeinrichtung 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauteile in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wobei der Anschluß an das Netz über einen Stecker (S1) mit Schutzkontakt (SK) erfolgt und die Verbrauchsgeräte (G) am Ausgang der Schutzeinrichtung über Steckdosen (S2) mit Schutzkontakt (SK) angeschlossen werden.
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