DE9403112U1

DE9403112U1 - Verpolungsdetektor

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Publication number: DE9403112U1
Application number: DE19949403112
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1994-02-24
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2004-02-25

Description

Ma/ht
Verpolungsdetektor

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige des 220-Volt-phasenrichtigen Anschlusses eines mit Netzschalter ausgerüsteten Verbrauchers an einem Wechselstromnetz mit Nulleiter und Stromleiter, wobei der Stromleiter bei phasenrichtigem Anschluß am Netzschalter anliegt.

Unter dem Stichwort "Elektro-Smog" werden aktuell die Wirkungen elektrostatischer und magnetischer Störfelder auf den menschlichen Organismus diskutiert. Ein Schwerpunkt der Diskussion liegt auf den relativ schwachen Störfeldern, denen der Mensch sowohl am Arbeitsplatz wie in häuslicher Umgebung ausgesetzt ist. Allgemein gilt in diesen mit 220-Volt-Wechselstrom versorgten Umgebungen, daß, je weniger Strom fließt, umso mehr Leerlaufspannung existiert. Das heißt, daß bei offenen, unbenutzten 22 0-Volt-Netzanschlüssen und bei mehr oder weniger langen, mit einem Ende an diese Anschlüsse angeschlossenen, am anderen Ende offenen Leitungen ein erhebliches elektrostatisches Feld existiert. Das gilt insbesondere auch für verpolt oder nicht phasenrichtig angeschlossene, abgeschaltete Verbraucher, das heißt für Verbraucher, deren Netzschalter statt am Stromleiter am Nulleiter des Wechselstromnetzes angeschlossen ist. Eine eindeutige Kontrolle für den richtigen Anschluß von Verbrauehern, etwa in Gestalt von Farbmarkierungen an den 220-Volt-Steckdosen und entsprechenden Farbmarkierungen am Netzstekker des Verbrauchers existieren ebensowenig wie anisotrop bzw. asymmetrisch ausgebildete Stecker und Steckdosen, die einen phasenrichtigen Anschluß des Verbrauchers gewährleisten würden.

Als prominentes Beispiel für das relativ hohe elektrostatische Feld bei verpolt angeschlossenem Verbraucher soll eine Halogenlampe genannt werden, die im ausgeschalteten, falsch gepolten Zustand bei der üblichen, nicht masseabgeschirmten Zweiadernlitzenzuleitung einen höheren Wert des elektrischen Feldes (ca. 3 00 V/m bei einem Meter Meßabstand) als im eingeschalteten Zustand (< 250 V/m bei einem Meter Maßabstand) aufweist. Dabei ist zu beachten, daß der derzeit diskutierte, akzeptable Grenzwert für elektrostatische FeI-der in von Menschen benutzten Umgebungen bei 50 bis 100 V/m liegt. Bei ausgeschalteter, richtig gepolter Halogenlampe hat das elektrische Feld einen Wert von annähernd Null.

Es besteht also ein Bedarf für eine Vorrichtung zur Ermittlung der Polung von an das 22 0 V Wechselstromnetz angeschlossenen Verbrauchern.

Mit herkömmlichen Vorrichtungen zur Polungsermittlung ist die Ermittlung der Polungslage sehr schwierig und umständlieh und insbesondere nur vom Fachmann durchzuführen, da der Verbraucher aufgeschraubt oder zerlegt werden muß, bevor mit einem Phasenprüfer die 220 V-Phasenleitung am Netzschalter des Verbrauchers ermittelt und der Stecker des Verbrauchers gegebenenfalls um 180° gedreht in die Steckdose gesteckt werden kann. Davon abgesehen, daß eine derartige Überprüfung nur vom Fachmann vorgenommen werden sollte, ist von ihr angesichts des hohen elektrostatischen Feldes, dem der Überprüfende ausgesetzt ist, abzuraten.

Bekannt sind ferner sogenannte H- und E-Feldsonden, mit denen magnetische und elektrische Felder hinsichtlich ihrer Feldstärke beurteilt werden können. Damit eignen sich diese Geräte grundsätzlich auch zur Ermittlung des 220 V-phasenrichtigen Anschlusses eines Verbrauchers an das Wechsel-5 stromnetz. Diese H- und E-Feldsonden sind jedoch teuer und daher nicht zum Gebrauch durch jedermann geeignet, um die

Polungslage im Heimbereich und am Arbeitsplatz zu ermitteln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, also einen Verpolungsdetektor der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Polungslage des Verbrauchers ohne Eingriff in diesen auf der Grundlage einfacher Mittel schnell und sicher festgestellt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in einer an das Wechselstromnetz angeschlossenen zweiadrigen Leitung (z. B.

der Meßleitung nach Anspruch 1) mit offenem anderen Ende bzw. mit an einen Verbraucher angeschlossenem Ende, dessen Netzschalter sich in der AUS-Stellung befindet, durch leitungskapazitive Einwirkung eine Spannung zwischen beiden Adern der Leitung aufgebaut wird. Dieser Effekt beruht auf einem Spannungsgefälle ausgehend von der an der 220-Volt-Phase liegenden Ader (Stromleiter) der Leitung in die andere Ader (Nulleiter). Mit einem höheren Spannungspotential wird dem Nulleiter auch eine höhere Leerlaufspannung aufgeprägt. Dabei hat der Nulleiter nicht den Spannungswert Null sondern etwa 10 Volt, wenn von einer üblichen 2 3 0-Volt-Wechselspannungsversorgung ausgegangen wird, die vom Elektrizitätswerk zur Verfügung gestellt wird. Angesichts dieser Ausgangslage hat der Erfinder überraschenderweise festgestellt, daß ein Verpolungsdetektor in einfacher Weise dadurch realisiert werden kann, daß dieses Gerät eine zweiadrige Meßleitung enthält, deren eine Ader unterbrochen ist oder einen dem Wert unendlich nahekommenden Widerstand enhält, wobei die Unterbrechungsstelle bzw. der Widerstand als Abgriff zur Ermittlung der Wechselspannung verwendet wird, die von der 5 nicht unterbrochenen Ader der Meßleitung in die unterbrochene Leitung induziert wird.

Der Ermittlungsvorgang für den phasenrichtigen Anschluß eines Verbrauchers läuft dabei so ab, daß der Detektor bzw. die Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige des phasenrichtigen Anschlusses bei offenem Ausgang, also bei nicht angeschlossenem Verbraucher, an das Wechselstromnetz angeschlossen wird, um die Phasenlage am Ausgang der Ermittlungsvorrichtung festzustellen, wobei die 220-Volt-Phase am Ausgang der Vorrichtung vorzugsweise farblich markiert ist, das heißt, die Vorrichtung wird so an die Steckdose des Wechsel-Stromnetzes angeschlossen, daß der farblich markierte 220-Volt-Phasenpol am Ausgang der Vorrichtung diese Phase auch tatsächlich führt. Diese richtige Polung entspricht dem kleineren der beiden mit der Vorrichtung ermittelten Spannungswerten, je nachdem, wie dieses an die Steckdose des 220-Volt-Wechselstromnetzes angeschlossen ist. Daraufhin wird der Verbraucher an den Ausgang bzw. die Ausgangssteckdose der Vorrichtung bei ausgeschaltetem Verbraucher-Netzschalter in den beiden möglichen Anschlußarten angeschlossen, wobei der kleinere der ermittelten Spannungswerte der 0 phasenrichtigen Polung des Verbrauchers entspricht, der daraufhin mit dem derart orientierten Stecker seiner Versorgungsleitung in die Steckdose des Wechselstromnetzes gesteckt wird, wodurch sichergestellt ist, daß dieser Verbraucher mit seiner Anschlußleitung nur ein minimales elektrostatisches Feld abstrahlt.

Eine besonders anwenderfreundliche Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit klarer Richtig/Falsch-Anzeige der Polungslage ist im Anspruch 3 angeführt. Weitere vor-0 teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 4 bis 6 genannt.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher beschrieben werden; in dieser zeigen
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Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors, der zwischen das 220-Volt-Wechselstromnetz und einen Verbraucher geschaltet ist und

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors, der zwischen das 220-Volt-Wechselstromnetz und einen Verbraucher geschaltet ist.

Die zum erfindungsgemäßen Verpolungsdetektor gehörenden Elemente sind in den Figuren 1 und 2 in einem strichlierten Kasten angeordnet, während das 220-Volt-Wechselstromnetz außerhalb dieses Kastens, links von diesem und der Verbraucher, dessen Polung ermittelt werden soll, außerhalb des Kastens, rechts von diesem schematisch dargestellt sind.

Das 220-Volt-Wechselstromnetz 1 hat einen Stromleiter la, einen Nulleiter Ib und einen Schutzkontaktleiter lc, die jeweils an eine Wechselstromsteckdose ld angeschlossen sind.

Der an das Wechselstromnetz 1 anzuschließende Verbraucher stellt für dieses Netz eine Last dar, die mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet und als Widerstand R_v symbolisiert ist. Im allgemeinen umfaßt die Last 12 einen Spannungstransformator, mit dem die 220-Volt-Spannung aus dem Wechselstromnetz auf eine Niedrigvoltspannung transformiert wird. Die Last 12 ist also zumindest im ausgeschalteten Zustand des Verbrauchers überwiegend induktiv. Der Verbraucher hat ferner ein Netzkabel mit einem Netzstecker 9, der zwei Pole 9a und 9b 0 hat und gegebenenfalls einen Schutzleiter 9c. Der Stecker 9 ist über ein zweiadriges Verbindungskabel (zusätzlich gegebenenfalls einen Schutzkontaktleiter) umfassend eine Ader 9d und 9e an den Verbraucher angeschlossen. Die Ader 9e ist ohne Unterbrechung an die Last 12 angeschlossen, während die andere Ader 9e über einen Netzschalter 11 an die Last 12 angeschlossen ist, der für den hier beschriebenen Zweck der

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Polungs- bzw. 220-Volt-Phasenermittlung im dargestellten geöffneten Zustand T_v dargestellt ist.

Anhand von Fig. 1 wird nunmehr die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verpolungsdetektors beschrieben.

Der Verpolungsdetektor umfaßt eine zweiadrige Meßleitung mit einer Ader 2a und einer Ader 2b, die mit einem geringen, eine effektive gegenseitige kapazitive Kopplung erlaubenden Abstand parallel zueinander geführt sind, und eine Mindestlänge von wenigstens 10 cm aufweisen, um eine ausreichende kapazitive Kopplung zu gewährleisten. Am Eingang des Detektors ist die zweiadrige Meßleitung 2a, 2b an einen Netzstecker 2a angeschlossen, der zwei Pole 2c und 2d hat, wobei die Ader 2a an den Pol 2c und die Ader 2b an den Pol 2d angeschlossen ist. Der Detektor ist vorzugsweise in einem metallischen sowie in einem geerdeten Gehäuse angeordnet, an dem in bekannter Weise der Schutzkontakt Ic anliegt. Ausgangsseitig hat der Detektor eine Steckdose 4 zum Anschluß des Steckers 9 des Verbrauchers mit zwei Polen 4a und 4b, wobei die Ader 2a an den Pol 4a und die Ader 2b an den Pol 4b angeschlossen ist.

Erfindungsgemäß ist die Ader 2b der Meßleitung ohne Unterbrechung vom Eingang zum Ausgang des Detektors durchgeführt, während die andere Ader 2a der Meßleitung in etwa auf der halben Stecke aufgetrennt ist und mit den dabei freigewordenen Aderenden an einen Widerstand R₁ angeschlossen ist, der die Bezugsziffer 7 trägt. Der Widerstand 7 hat einen Wert 0 von beispielsweise 1 bis 10 Megohm. Alternativ kann der Widerstand 7 weggelassen sein, wobei die Leitung 2a dann stattdessen unterbrochen ist. Parallel zum Widerstand 7 ist ein Spannungsdetektor 6 mit Meßwertanzeige angeschlossen. Bei dem Spannungsdetektor 6 handelt es sich vorzugsweise um 5 einen Spannungsdetektor mit LCD-Spannungswertanzeige.

Nachfolgend wird die Vorgehensweise zur Ermittlung der Polung des Verbrauchers 9-12 mittels des in Fig. 1 gezeigten Verpolungsdetektors näher beschrieben.

Zunächst wird der Verpolungsdetektor bei offenem Ausgang 4 (also bei nicht eingestecktem Stecker 9 des Verbrauchers) mit seinem Stecker 2 in die Steckdose Id des 220-Volt-Wechselstromnetzes 1 eingesteckt, ohne daß die Polung der Steckdose Id, wie das in der Praxis der Fall ist, bekannt ist. Da die richtige Polung des Verbrauchers 9-12 dann vorliegt, wenn der mit seinem Netzschalter 11 verbundene Steckerpol 9b mit dem an den Stromleiter la angeschlossenen Pol der Steckdose Id verbunden ist, muß bei Zwischenschaltung des Verpolungsdetektors gewährleistet sein, daß dessen Ader 2a zwischen dem Steckerpol 9b und dem an den Stromleiter la angeschlossenen Pol der Wechselstromsteckdose ld angeschlossen ist. Mit anderen Worten muß gewährleistet sein, daß am Steckdosenpol 4a der Steckdose 4, am Ausgang des Detektors, die 220-Volt-Wechselstromphase (ohne Detektor bei R₁ = 0) anliegt, was bedeutet, daß der Stecker 2 des Detektors richtig herum in die Steckdose Id eingesteckt werden muß, also so, daß der Pol 2c des Steckers 2 an den Stromleiter la angeschlossen ist. Mangels Markierung an der Wechselstromsteckdose ld (allgemein üblich) muß der Stecker 2 bei ausgangsseitig offenem Detektor in seinen beiden möglichen Ausrichtungen in die Steckdose Id eingesteckt werden, wobei jedesmal der am Widerstand 7 abfallende Spannungswert· mittels des Spannungsdetektors 6 gemessen und abgelesen wird. Die richtige Polung des Steckers 2 liegt dann vor, wenn der 0 kleinere Spannungswert mittels des Meßgeräts 6 ermittelt wird. Der Grund hierfür ist folgender:

Die kapazitive Kopplung zwischen den beiden Adern 2a und 2b der Meßleitung ist schematisch durch einen Eingangskondensator C_E und einen Ausgangskondensator C_A symbolisiert. Bei Fehlpolung der Meßleitung, also dann, wenn die 220-Volt-

Phase la an der Ader 2b anliegt, wird in die in diesem Beispiel mit dem Nulleiter Ib verbundene Ader 2a, an der eine Restspannung von ca. 10 Volt anliegt, eine relativ hohe Spannung kapazitiv übertragen, und zwar unterschiedlich hohe Spannungen aufgrund unterschiedlich langer Bereiche der durch den Widerstand 7 unterbrochenen Ader 2a vor und hinter dem Widerstand 7, entsprechend den Ersatzbildkondensatoren C_E und C_A. Diese durch das Meßgerät 6 erfaßte Spannung über dem Widerstand 7 ist größer als die Spannung, die in die unterbrochene Leitung 2a kapazitiv übertragen wird, wenn an der Ader 2b der Nulleiter Ib des .Wechselstromnetzes mit einer Restspannung von 10 Volt anliegt.

Bei nunmehr richtig gepoltem Polungsdetektor wird der Steckker 9 des Verbrauchers 9-12 in die Steckdose 4 am Ausgang des Verpolungsdetektors in den beiden möglichen unterschiedlichen Ausrichtungen eingesteckt, wobei für die beiden möglichen Steckerpositionen die am Widerstand 7 abfallende Spannung durch das Meßgerät 6 gemessen wird. Eine richtige Polung des Steckers 9, bei der die 220-Volt-Phase (ohne Detektor bei R₁ = 0) am offenen Schalter 11 anliegt, ist dann erreicht, wenn das Meßgerät 6 den niedrigeren der beiden Spannungswerte anzeigt. Dies kommt wie folgt zustande:

Die Ersatzkapazität zwischen den Leitungsadern 9d und 9e ist mit C_v symbolisiert. Wenn bei verpoltem Anschluß des Steckers 9 die Ader 2a über die Pole 4a und 9 an der Ader 9e anliegt, und der Pol 9a mit dem Pol 4b verbunden ist, liegt die 10 V-Restspannung der Ader 2b direkt am Schalter 11 des Verbrau-0 chers an. Daraus entsteht eine vergleichsweise höhere Spannung aus Widerstand 7 als es bei richtiger Polung des Verbrauchers der Fall ist (Pol 4a ist mit Pol 9b und Pol 4b mit Pol 9a verbunden). Hier liegt die Restspannung, welche kleiner als 10 Volt ist, an der Last 12 des Verbrauchers an, die vorwiegend eine induktive Last ist. Diese kleine Restspannung beruht auf den in der Last 12 erzeugten hohen Trans-

formatorleckstromen, weshalb der bei dieser Polung über dem Widerstand 7 gemessene Spannungswert kleiner ist als der Spannungswert bei falscher Polung.

Zweckmäßigerweise ist sowohl der Pol 2c des Steckers 2 wie der Pol 4a der Steckdose 4 farblich markiert, und der Pol ld der 220-Volt-Netzsteckdose wird nach der im ersten Schritt des vorstehend beschriebenen Verfahrens ermittelten Phasenlage ebenfalls farblich markiert, so daß nach Ermittlung der richtigen Polung des Steckers 9 des Verbrauchers 9-12 (wobei der Pol 9b ebenfalls farblich markiert wird) mit Sicherheit richtig gepolt in die Netzsteckdose Id eingesteckt werden kann. Somit können andere ausgetestete Verbraucher ebenso an die Steckdose Id "richtig gepolt" angeschlossen werden.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Verpolungsdetektors nach Anspruch 1, mit derselben Peripherie wie in Fig. 1 (220-Volt-Wechselstromnetz und Verbraucher 9-12). Auch der Grundaufbau des Verpolungsdetektors nach Anspruch 4 ist in Fig. 2 realisiert mit dem Unterschied, daß in die Meßleitung vor dem Bereich der Unterbrechung der Ader 2a bzw. vor dem Widerstand 7 ein Umschalter 3 eingesetzt ist, der über einen nicht dargestellten Taster manuell betätigbar und selbständig rückstellend ist. Der Umschalter 3 erzeugt bei Tastung eine Vertauschung der Adern 2a, 2b. Durch eine Signalleitung 3a zwischen dem Schalter 3 und dem Komparator der Vorrichtung 5 wird bei Tastung jeweils ein Steuersignal ausgelöst, das beim Komparator den Vergleich der beiden aus Widerstand 7 gemessenen Spannungen auslöst. Außerdem ist an 0 den Spannungsdetektor 6, bei dem die Meßwertanzeige im vorliegenden Fall nicht unbedingt erforderlich ist, eine Schaltung 5 angeschlossen, die einen Meßwertspeicher zum Abspeichern von Spannungsmeßwerten, einen digitalen Komparator zum Vergleichen der ermittelten Meßwerte und eine vom Vergleichsergebnis angesteuerte Meßwertanzeige (LED) enthält, die bei negativem Vergleichsergebnis bzw. bei einer Meßwert-

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differenz < Null eine Anzeige liefert, die sich von derjenigen beim positiven Vergleichsergebnis qualitativ unterscheidet. Aufgrund des Schalters 3 entfällt ein Umstecken des Steckers 2 in der ersten Meßphase. Außerdem gewährleistet die mit der Schaltung 5 erreichte qualitative Anzeige des Meßwertvergleichsergebnisses eine einfache Erkennbarkeit der richtigen Polung zum einen des Verpolungsdetektors und zum anderen des Verbrauchers. Vorzugsweise ist die in der Schaltung 5 enthaltene Meßwertanzeige eine Leuchtdiode, die bei einem der beiden Vergleichsergebnisse blinkt und beim anderen der Vergleichsergebnisse kontinuierlich leuchtet.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige des 220-Voltphasenrichtigen Anschlusses eines mit Netzschalter ausgerüsteten Verbrauchers an einem Wechselstromnetz mit Nulleiter und Stromleiter, wobei der Stromleiter bei phasenrichtigem Anschluß am Netzschalter anliegt, da durch gekennzeichnet, daß eine zweiadrige Meßleitung (2a, 2b) vorgesehen ist, deren beide Adern (2a und 2b) mit einem geringen, eine kapazitive Kopplung erlaubenden gegenseitigen Abstand sowie mit einer hierfür ausreichenden Mindestlänge parallel geführt und eingangsseitig an einen an eine Steckdose (Id) des Wechselstromnetzes (1) anschließbaren Netzstecker (2) und ausgangsseitg an eine Steckdose (4) oder eine Kupplung zum Anschluß des Netzsteckers (9) des Verbrauchers (9 - 12) angeschlossen ist, daß eine (2a) der beiden Meßleitungsadern unterbrochen ist oder einen einer Leitungsunterbrechung nahekommenden hochohmigen Widerstand (7) enthält, und daß an diese Ader (2a) parallel zur Unterbrechungsstelle oder zum Widerstand (7) ein Spannungsdetektor (6) mit Meßwertanzeige angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertanzeige des Spannungsdetektor (6) eine LCD-Spannungswertanzeige ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang und der Meßleitung (2a, 2b) ein über einen Taster manuell betätigbarer Umschalter (3) mit selbsttätiger Rückstellung zum Überkreuz-Umschalten der Meßleiterädern (2a und 2b) vorgesehen ist, und daß der Spannungsdetektor (6) eine Schaltung (5) mit einen Meßwertspeicher zum Abspeichern von in beiden Umschal-

terstellungen nacheinander ermittelten Spannungsmeßwerten, einen vorzugsweise digitalen Komparator zum Vergleichen der beiden Meßwerte und eine vom Vergleichsergebnis angesteuerte Meßwertanzeige umfaßt, die bei negativem Vergleichsergebnis eine Anzeige liefert, die sich von derjengen bei positivem Vergleichsergebnis qualitativ unterscheidet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertanzeige eine Leuchtdiode umfaßt, die bei einem der beiden Vergleichsergebnisse blinkt und beim anderen kontinuierlich leuchtet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertanzeige eine Leuchtdiode umfaßt, die bei einem der beiden Vergleichsergebnisse Licht in einer und
beim anderen in einer anderen Farbe emittiert.