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Die Erfindung betrifft ein Verfahren,
wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 zum Unterbrechen einer Stromzufuhr
von einem Versorgungsnetz in einer gefährlichen Situation definiert
ist. Solche Situationen betreffen beispielsweise einen Feuerausbruch,
eine Gas-Leckage oder einen plötzlichen
Temperaturanstieg oder -abfall.
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Die Erfindung betrifft ferner ein
Sicherheitssystem zum Ausführen
des Verfahrens, wie es im Oberbegriff von Anspruch 3 definiert ist.
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Das Dokument FR-A-2643195 zum Stand der
Technik zeigt einen automatischen Differenzstrom-Unterbrecherkreis,
der durch einen einen abnormalen Arbeitszustand messenden Sensor
getriggert wird, um somit die Stromzufuhr zu unterbrechen, bevor
ein fehlerhafter Differenzstrom auftritt.
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Die DK-Patentanmeldung 293/93 offenbart einen
Sicherheitsunterbrecher, der im Alarmfall einen entsprechenden Strom
erzeugt, der über
ein Fehlstrom-Relais geführt
wird, auf welcher Grundlage die Stromzufuhr am Hauptverteiler vollständig unterbrochen
wird. Ein Sicherheitsunterbrecher verhindert schwerwiegende Unfälle, wie
beispielsweise eine auf eine Gas-Leckage folgende Gasexplosion oder
einen aus einem elektrischen Instrument kommenden Feuerausbruch.
Der Sicherheitsunterbrecher umfasst einen Detektor, wie beispielsweise
einen Gasdetektor, um Gasemissionen zu messen, sowie ein Relais,
bei dem die Anschlüsse
des gesteuerten Schalters einerseits an der Spannung des Versorgungsnetzes und
andererseits über
einen Widerstand an dem Erdungsanschluss angeschlossen sind. Der
Sicherheitsunterbrecher ist an einer Steckdose angeschlossen. Wenn
der Detektor eine Gefahrensituation, wie beispielsweise eine Gas-Leckage
in der Umgebung feststellt, sendet dieser einen Impuls an das Relais, welches
seinerseits den Schalter über
den Widerstand der Versorgungsnetz-Spannung an der Erde anschließt. Folglich
misst das vor den Sicherungsblöcken
einer Block-Verteilertafel angeordnete Fehlstrom-Relais den an die
Erde geleiteten niedrigen Strom, womit in einer Folge daraus die
Stromzufuhr von dem Hauptverteiler-Schaltkreisblock aus unterbrochen
ist.
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Der im Stand der Technik durch die
Dänische Patentanmeldung
aufgezeigte Sicherheitsunterbrecher hat den Nachteil, dass die Arbeitsspannung über das
Relais und den Widerstand an die Erde angeschlossen ist. Diese Anordnung
erfordert eine diffizile Vorrichtungsausführung und Sicherheitsbestandteile,
da in einer Gefahrensituation die Arbeitsspannung eigens über den
Widerstand mit der Erde verbunden ist, beispielsweise einem Heizkörper oder
einem anderen Erdungspunkt, der im Hinblick auf elektrische Installationen
nicht zuverlässig
ist.
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Der obige Sicherheitsunterbrecher
hat ferner den Nachteil, dass er an einer Steckdose angeschlossen
ist. Im Hinblick auf eine Installation ist diese Sicherheitsvorrichtung
nicht zuverlässig,
weil jede in dem Raum befindliche Person den Anschluss dieser Sicherheitsvorrichtung
versehentlich ohne jegliches Werkzeug unter normaler Handhabung
unterbrechen kann und den Wiederanschluss dann vergisst, wobei die
Schutzwirkung für
eine unbestimmte Zeitdauer verloren ist.
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Der Sicherheitsunterbrecher im Stand
der Technik hat ferner den Nachteil, dass der gesamte Hauptversorgungs-Netzverteilerschaltblock
durch einen einzigen Fehlstrom-Schutz
geschützt
wird. Wir geben zu bedenken, dass eine Vielfalt von Vorrichtungen
an dem Versorgungsnetz-Schaltblock angeschlossen ist, wie beispielsweise
ein oder mehrere Herde, elektrische Heizungen, Heißwasserboiler, usw..
Diese Vorrichtungen erzeugen selbst unter normalen Bedingungen geringe
Verlustströme,
wobei derartige Verlustströme
in Summe den allgemeinen Fehlstrom-Schutz ohne jeglichen Grund auslösen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die
mit dem obigen Sicherheitsunterbrecher aufgezeigten Nachteile zu
eliminieren. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues
Verfahren zum Unterbrechen einer Stromzufuhr von einem Versorgungsnetz
in einer Gefahrensituation sowie das diesbezügliche Sicherheitssystem aufzuzeigen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die
Merkmale gekennzeichnet, wie sie im Anspruch 1 definiert sind. Das
Sicherheitssystem der Erfindung ist seinerseits durch die im Anspruch
3 gekennzeichneten Merkmale gekennzeichnet. Die abhängigen Ansprüche definieren
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Das Verfahren der Erfindung zum Unterbrechen
einer Stromzufuhr von einem Versorgungsnetz in einer Gefahrensituation
verwendet einen Rauchdetektor, wie beispielsweise einen Feueralarm
oder einen ähnlichen
Umgebungsmelder zur Abgabe einer Meldung, wie z. B. ein Impuls,
wenn sich die Umgebungszustände ändern und
vorbestimmte Grenzen überschritten
werden, sowie ferner eine Relaiseinheit oder einen ähnlich daran
angeschlossenen Schalter, die/der durch eine Meldung von dem Rauchdetektor
in einen Leitungszustand versetzt wird. Gemäß der Erfindung dient die Relaiseinheit dazu,
die Erdungsleitung mit dem Nullleiter des Netzes elektrisch zu verbinden,
wobei dann ein Teil des Rückstroms
auf der Basis der Leitungswiderstände dieser Leitungen an die
Erdungsleitung gerichtet wird, wobei in einer Normalsituation dann
eine Ungleichgewichts-Situation in dem Nullsummenstrom zwischen
der Phasenleitung und den Nullleitern auftritt, wobei der Wert des
von Null verschiedenen Summenstroms den vorbestimmten Grenzwert überschreitet,
der gemessen wird, was dann zu einer Unterbrechung der Stromzufuhr
führt.
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Die Leitungswiderstände der
Erdleitung und der Nullleitung sind nahezu gleich, wobei dann circa 50%
des Rückstroms
an die Erdleitung gerichtet sind, wenn diese Leitungen durch die
Relaiseinheit verbunden sind. Normalerweise fließt kein Strom zwischen den
Phasenleitungen und den Nullleitern, wobei nun die Verbindung dieser
Leitungen ein Ungleichgewicht in dem Summenstrom nach sich zieht, der
normalerweise gleich null ist. Wenn der von null verschiedene Summenstrom
den Erregerstrom-Wert des Fehlstrom-Sicherheitsschalters übersteigt,
der den elektrischen Block schützt,
wird der Fehlstrom-Sicherheitsschalter
unmittelbar aktiviert und die Zufuhr des Stromes somit unterbrochen.
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In diesem Kontert steht ein Umgebungsmelder
für einen
Detektor, der auf eine spezielle vorbestimmte Veränderung
in der unmittelbaren Nähe
des Detektors reagiert, wie beispielsweise eine Veränderung
in der Gaskonzentration, in der Temperatur oder der Strahlung. Der
Detektor ist beispielsweise ein Rauchmelder, wie beispielsweise
ein oder mehrere an dieselbe Relaiseinheit angeschlossenen Feueralarme
oder ein Temperaturdetektor, ein Strahlungsdetektor oder dergleichen.
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Der Nutzen der Erfindung liegt darin,
dass die Unterbrechung der Stromzufuhr von dem Versorgungsnetz in
einer Gefahrensituation im gewünschten
Ausmaß in
beispielsweise einem Gebäude
vollzogen werden kann, und was noch wichtiger ist, mit Hilfe von
einfachen Verfahrensschritten. Das Versorgungsnetz ist ein allgemeines
Versorgungsnetz oder ein kleines geschlossenes elektrisches Netzwerk
mit einer begrenzten Anzahl potentieller Stromabnehmer.
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Die Erfindung hat ferner den Vorteil,
dass die eigentliche Sicherheitseinrichtung unter Verwendung von
bestehenden, kommerziell erhältlichen
und weltweit akzeptierten Bestandteilen und Vorrichtungen implementiert
werden kann.
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Die Erfindung hat ferner den Vorteil,
dass insbesondere durch elektrische Instrumente verursachte Wohnungsbrände mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
und dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem
beträchtlich
reduziert werden können.
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Die Erfindung hat den Vorteil, einer
einfachen Implementierung und einer Zuverlässigkeit. Das Sicherheitssystem
der Erfindung erfordert keine neuen zusätzlichen Sicherungen /automatische
Leitungsschutzvorrichtungen und auch in den meisten Fällen keine
neue Verdrahtung zwischen dem Schaltungsblock und beispielsweise
der Relaiseinheit, was hohe Arbeitskosten verursachen würde. Im
Gegensatz dazu würden
bei der Verwendung mehrerer parallel angeschlossener Feueralarme
diese in der Tat eine Verdrahtung in dem Bereich der verschiedenen Räume erfordern.
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Die Erfindung hat den beträchtlichen
Vorteil, dass das Summenstrom-Ungleichgewicht durch Aufteilen des
existierenden Rückstroms
erzeugt wird und keine zusätzlichen
Bestandteile, wie beispielsweise Widerstände oder dergleichen, zum Anschluss der
Arbeitsspannung an beispielsweise die Erde erforderlich sind.
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Die Erfindung hat ferner den Vorteil
einer zuverlässigen
Nachrüstung
durch ein Elektroinstallationsunternehmen in Verbindung mit gewöhnlichen elektrischen
Nachrüstmaßnahmen
auch bei bestehenden Wohnungen oder dergleichen. Zusätzlich erfordert
die 1999 wirksam gewordene EU-Richtlinie einen obligatorischen Feueralarm
in Neubauwohnungen, womit das auf der Erfindung basierende Sicherheitssystem
in vorteilhafter Weise in den Elektroinstallationsvertrag von Anfang
an ökonomisch miteinbezogen
werden kann, um so einen bestehenden batteriebetriebenen Feueralarm
zu ersetzen.
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Die Erfindung hat ferner den Vorteil,
dass die Stromzufuhr in einer Gefahrensituation in einem begrenzten
Bereich unterbrochen werden kann, wie beispielsweise einem speziellen
Teil eines Raumes oder selbst einem einzelnen Raum. Auf diese Weise kann
beispielsweise ein von einem elektrischen Instrument ausgehender
Wohnungsbrand, wie beispielsweise durch einen Fernseher, wirksam
sofort verhindert werden, sowie sich ein geringer Betrag an Rauch
in dem zu überwachenden
Raum entwickelt hat, wie beispielsweise in gemeinsamen Räumlichkeiten
von Mehrparteien-Wohnhäusern
oder Mietwohnungen. Als anderes Extrem kann der gewählte Schutz-Level
eine Spannungsunterbrechung eines Verteilerschaltkreises umfassen,
mit dem die elektrischen Blöcke
einer gewünschten
Einheit von Räumen
versorgt werden. In diesem Zusammenhang kann der Unterschied der
Sicherheitseinrichtung der Erfindung im Vergleich mit dem dänischen
Sicherheitsunterbrecher im Stand der Technik in der Verwendung von
gewählten
Fehlstrom-Einheiten mit einem Erregerstrom von 1 A oder 3 A gesehen
werden, die herkömmlich
auf dem Markt erhältlich
sind und die zum Aktivieren von bestehenden Schaltern oder von für diesen
Zweck installierten Schaltern angeschlossen sein können. Zum
Aktivieren dieser selektiven Fehlstrom-Einheiten werden als Zusatzzubehör und an
dem Verteilerschaltkreis montierte Fernauslöser verwendet, die ihrerseits
gemäß der Erfindung mittels
eines verzögerungsfreien
30 mA Fehlstrom-Sicherheitsschalters
gesteuert werden, der zum Schutz einzelner elektrischer Blöcke verwendet wird,
wobei die Relaiseinheit des erfindungsgemäßen Feueralarms einen Summenstrom
erzeugt, der deutlich von null verschieden ist, was folglich zum
Aktivierungsprozedere führt.
Ein derartiges erfindungsgemäßes System
zum Unterbrechen der Stromzufuhr eines Verteilernetzes, was wahlweise
mit Zwischenschritten ausgeführt
wird, bedeutet einen stabileren Auslöseprozess, der in einem größeren Ausmaß durch
die Detektierung des originalen Umgebungsmelders aktiviert wird,
als das demgegenüber im
Stand der Technik durch den dänischen
Sicherheitsunterbrecher gezeigt ist.
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Die Erfindung und deren weitere Vorteile werden
im Detail nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben,
die eine schematische Ansicht eines relativ begrenzten Sicherheitssystems
der Erfindung wiedergibt, das in einer Wohnung installiert ist.
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In diesem Fall umfasst das Versorgungsnetz Phasenleitungen
L1, L2, L3, einen Nullleiter N und einen Schutz-, d. h. Erdleiter
PE. Der elektrische Block 5 ist über eine Sicherung 6 oder
dergleichen an die Phasenleitung L1 angeschlossen. Der elektrische Block 5 umfasst
Lichtarmaturen 8, deren Lichtschalter 8a und eine
Anzahl von Anschlussfassungen 9. Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem
ist an dem elektrischen Block 5 angeschlossen.
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Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem umfasst
einen Rauchdetektor, wie beispielsweise einen Feueralarm 1,
eine Relaiseinheit 2 und einen Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7.
Der Feueralarm 1 ist mit einem Akkumulator oder einer Batterie
geschützt
und mit dem Strom des Versorgungsnetzes versorgt, wobei er direkt
mit der Relaiseinheit 2 verbunden sein kann. Der Feueralarm 1 und
die Relaiseinheit 2 sind gegenseitig mit der direkten Versorgung
durch die Stromleitung L, mit dem Nullleiter Np und
der Impulsleitung I verbunden. Die Relaiseinheit 2 umfasst
eine Relaisspule 3 und den maßgebenden Relaisschalter 4,
der den zentralen Anschluss 4c des Schalters 4 und
optionale Kontaktanschlüsse 4a, 4b umfasst.
Der zentrale Anschluss 4c des Relaisschalters 4 und
der zweite optionale Anschluss 4b sind jeweils an dem Nullleiter
Nsr und der Erdungsleitung PE angeschlossen.
Der erste optionale Anschluss 4a des Relaisschalter 4 ist
frei; dieser ist überhaupt
nicht angeschlossen.
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Der Feueralarm 1 und die
Relaiseinheit 2 sind an demselben elektrischen Block 5 angeschlossen,
womit sie folglich über
eine Sicherung 6 geschützt
sind. Der Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7, der
in dem Sicherheitssystem enthalten ist, ist zwischen der Sicherung 6 und
dem elektrischen Block 5 angeschlossen, derart, dass die
Spannungszufuhr des Versorgungsnetzes von der Phasenleitung L1 an den
elektrischen Block 5 über
die Anschlüsse 7a, 7b mit
dem Nullleiter N außerhalb
des elektrischen Blocks 5 führt, der an dem Nullleiter
Nsr des elektrischen Blocks über die
Anschlüsse 7c, 7d verbunden ist.
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Der batteriegeschützte Feueralarm 1 kann von
jedem an sich bekannten Typ sein, wie beispielsweise ein auf der
Ionisation basierender, spannungsoperierender Versorgungsnetz-Rauchdetektor, der mit
einem Akkumulator-Schutz ausgerüstet
ist, wir er unter dem Handelsnamen BRK-Electronics Model 86E erhältlich ist.
Die Relaiseinheit 2 kann demgemäß eine mit einem Verstärker ausgerüstete Relaiseinheit
sein, die von demselben Hersteller wie für den Feueralarm 1 hergestellt
ist. Mehrere Feueralarmeinheiten, wie beispielsweise maximal 12
Einheiten können
vorteilhafterweise an einer Relaiseinheit angeschlossen sein.
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Der Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7 ist
ein an sich bekannter Sicherheitsunterbrecher. Der Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7 arbeitet
gemäß dem Summenstrom-Prinzip.
In einer Normalsituation ist der Summenstrom zwischen der Phasenleitung
L1 und dem Nullleiter Nsr gleich null. In
Fehlsituationen differiert der Summenstrom von null. Wenn ein Fehler in
dem elektrischen Block 5 auftritt, wird ein Teil der über die
Phasenleitung L1 an den elektrischen Block geführten Spannung, der Fehlstrom,
an die Erde beispielsweise über
die Erdungsleitung PE zurückgeführt. Das
resultiert in einem Strom-Ungleichgewicht. Wenn der Fehlstrom einen
vorbestimmten Schwell-Stromwert des Fehlstrom-Sicherheitsschalters 7 überschreitet,
wird der Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7 unmittelbar aktiviert,
was zu einer Unterbrechung der Stromzufuhr von der Phasenleitung
L1 an den elektrischen Block 5 führt. Optional kann der Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7 dazu
verwendet werden, einen anderen Schalter zur Unterbrechung der Stromzufuhr
an den elektrischen Block 5 zu steuern. Dann kann die für den Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7 gewählte Struktur
ein „separater
Fehlstrom-Block" sein,
der dann dazu verwendet werden kann, um einen Hochleistungsschalter
von demselben Hersteller zum Unterbrechen der Stromzufuhr zu dem überwachten
Teil des Versorgungsnetzes zu steuern. Der Strom-Schwellwert für den Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7 beträgt beispielsweise 30
mA.
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Das Sicherheitssystem arbeitet wie
folgt:
Wenn der Feueralarm 1 beispielsweise Rauch
in einem Raum feststellt, sendet dieser einen Impuls an die Relaiseinheit 2 und
insbesondere an die Relais-Steuerspule 3. Das zieht den
Schalter 4 aus der Ruheposition A in eine Betriebsposition
B. In der Betriebsposition B ist der Schalter 4 geschlossen,
d. h. die Anschlüsse 4c, 4b sind
miteinander verbunden, womit der Nullleiter Nsr und
die Erdungsleitung PE miteinander verbunden sind. In der Ruheposition
A ist der Schalter 4 offen und der Nullleiter Nsr ist mit der Erdungsleitung PE elektrisch
nicht verbunden. Es ist zu beachten, dass weder die Leitung Nsr noch PE eine bedeutende Potentialdifferenz
im Vergleich mit der Erde des elektrischen Systems haben. Folglich verursacht
die Betätigung
der Relaiseinheit 2 keine Kurzschlussspannung oder einen
Strom-Spitzenwert in dem elektrischen Block 5, welcher
Spitzenwert selbst bei einem Minimum die den elektrischen Block schützende Sicherung 6 freigeben
oder auslösen würde. Das
Schalten des Schalters 4 in die Betriebsposition B führt zu einem
Zusammenschluss des Nullleiters N mit der Erdungsleitung PE, womit
auf der Grundlage deren Leitungswiderstände ein Teil (gewöhnlich 50%)
des Rückstroms
des elektrischen Blocks an die Erdungsleitung PE geführt wird.
Wenn dieser Teil des Rückstroms
den Schwellwertstrom des Fehlstrom-Sicherheitsschalters 7 übersteigt,
beispielsweise 30 mA, wird der Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7 betätigt und
die Stromzufuhr an den elektrischen Block 5 unterbrochen.
Wenn der Rauch und das Feuer von einer elektrischen Vorrichtung,
wie beispielsweise einem Fernseher, verursacht sind, wird die Stromzufuhr
an dieses Gerät
unterbrochen. Auf diese Weise wird die elektrische Vorrichtung von dem
Versorgungsnetz getrennt, sowie das Feuer entsteht, womit das gesamte
Feuer bereits vom ersten Entstehungsmoment mit großer Wahrscheinlichkeit unterbunden
wird.
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Es ist zu betonen, dass der Feueralarm 1 mit einer
eigenen Reserve-Stromquelle, wie beispielsweise einem Akkumulator,
ausgerüstet
ist, womit der Feueralarm bei einer Betätigung eine Warnung mit einem
Alarmsignal im Hinblick auf eine Gefahrensituation ausgeben kann,
auch nachdem die Stromzufuhr des Versorgungsnetzes unterbrochen
worden ist.
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Um eine gleichförmig arbeitende Ansprechbarkeit
des Sicherheitssystems zu erhalten, erfordert der Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7 eine
geringe Grundlast, die typischerweise beispielsweise 60 mA mit einer
Spannung des Versorgungsnetzes von 230 VAC beträgt (entsprechend der Spannung
des Phasenleiters L1). Ausgedrückt
in elektrischer Leistung beträgt
diese Grundlast ca. 15 W, wobei elektrische Lasten in dieser Leistungsklasse
unter anderem zum Erglühen
reichen, d. h. für
eine Bildröhre
in einem Fernseher arbeitsansprechbar sind. Eine kontinuierlich
vorherrschende Grundlast kann durch Versehen des elektrischen Blocks 5,
beispielsweise als die Schaltbox oder die Instrumentenbox des zu
schützenden
Raumes mit einem fest angeschlossenen Widerstand 10 gewährleistet
sein. Dieser Widerstand 10 kann beispielsweise ein 15 W
Heizwiderstand sein, der mit Hilfe eines selbst justierenden Heizkabels
ausgeführt
sein kann. Ist keine elektrische Last vorgesehen, besteht andererseits
kein Bedarf an der Aktivierung des Sicherheitssystems.
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Der Fehlstrom-Sicherheitsschalter 7 des
Sicherheitssystems, der vorzugsweise ein mit einer DIN-genormten
Schiene befestigter Schalter ist, kann in einem Befestigungsgehäuse nachgerüstet werden,
das in dem Verteilerschaltkreis-Block oder in dessen unmittelbarer
Nähe angeordnet
ist. Ein Montagegehäuse
wird prinzipiell in Verbindung mit Sicherungs-Anschlussvorrichtungen verwendet. Es
ist zu beachten, dass neue Elektroinstallationen keine zusätzliche
Verkabelung oder Verdrahtung zwischen dem zu schützenden Raum mit einem Feueralarm und
dem versorgenden Verteilerschaltkreis erfordern. Bei bestehenden
Elektroinstallationen (vor 1985 in Finnland) soll eine zusätzliche
Erdungsleitung (PEN) prinzipiell zwischen der Strom-Zufuhrleitung
L1 oder den DIP-Leitungen des zu schützenden Raumes und dem den
Strom zuführenden
Verteiler-Schaltkreis hinzugefügt
werden. Der Feueralarm 1 kann korrekterweise in dem zu
schützenden
Raum aus der Sicht eines feuertechnischen Platzes angeordnet sein,
und eine neue Verkabelung an den Kasten des Versorgungsnetz-Schalters
wird nur für
einen Feueralarm nahe an dem zu schützenden Raum erforderlich sein.
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Die Erfindung ist nicht bloß auf das
obige Ausführungsbeispiel
begrenzt, da viele Varianten innerhalb des Umfangs der erfindungsgemäßen Idee erreichbar
sind, wie sie durch die Ansprüche
definiert ist.