ITMI20011215A1 - CIRCUITUAL ARRANGEMENT TO SUPERVISE AN ELECTRIC LOAD - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Disposizione circuitale per sorvegliare un carico elettrico" Description of the industrial invention entitled: "Circuit arrangement for monitoring an electrical load"
Riassunto del trovato Summary of the finding
L'invenzione riguarda una disposizione circuitale per sorvegliare un carico elettrico (10) su una rete (12) e per comandare l'interruttore di rete (14, 20), laddove il carico (10) è disposto separato galvanicamente da un dispositivo di commutazione (50) sorvegliante. Questo dispositivo di commutazione (50) ha inoltre associati almeno un sensore (30) dei valori caratteristici di esercizio, almeno un dispositivo di memoria per valori caratteristici delle proprietà del carico (10) ed almeno un ulteriore dispositivo di memoria. Nell'ulteriore dispositivo di memoria con la inizializzazione del dispositivo di commutazione (50) e/oppure durante la sorveglianza è possibile memorizzare valori caratteristici di esercizio del carico (10). Il comando dell'interruttore di rete (14, 20) è progettato in modo che questo apra al raggiungimento oppure al superamento di un preassegnato valore caratteristico di esercizio. The invention relates to a circuit arrangement for monitoring an electrical load (10) on a network (12) and for controlling the network switch (14, 20), where the load (10) is arranged galvanically separated from a switching device (50) overseer. This switching device (50) also has associated at least one sensor (30) of the characteristic operating values, at least one memory device for characteristic values of the load properties (10) and at least one further memory device. In the further memory device, with the initialisation of the switching device (50) and / or during monitoring, it is possible to store characteristic operating values of the load (10). The operating mechanism of the mains switch (14, 20) is designed in such a way that it opens when a predetermined operating characteristic value is reached or exceeded.
(Figura 1) (Figure 1)
Descrizione del trovato Description of the finding
L'invenzione riguarda una disposizione circuitale per sorvegliare un carico elettrico su una rete elettrica a corrente continua oppure a corrente alternata e per comandare l'interruttore di rete. L'interruttore di rete dovrà essere comandabile tramite contatti privi di potenziale e può essere eseguito preferibilmente come relè. Come impiego tipico per l'invenzione si considera, ad esempio, una disposizione circuitale per comandare uscite di relè nel caso di un dispositivo di azionamento a motore per un interruttore di potenza oppure per un salvamotore. È noto il fatto di eseguire disposizioni circuitali di tale tipo come modulo amplificatore (DE 196 27 295 Al). Il comando del modulo amplificatore in tal caso avviene con un segnale di entrata di 24 VDC. Il segnale di entrata può essere prodotto direttamente da un interruttore, da un comando programmabile con memoria (SPS) oppure dall'esterno tramite un bus dei dati. Con questo segnale viene comandato un relè con contatti privi di potenziale. The invention relates to a circuit arrangement for monitoring an electrical load on a direct current or alternating current electrical network and for controlling the network switch. The mains switch must be controllable via potential-free contacts and can preferably be implemented as a relay. A typical use for the invention is, for example, considered a circuit arrangement for controlling relay outputs in the case of a motor drive device for a power switch or for a motor protection switch. It is known to carry out circuit arrangements of this type as an amplifier module (DE 196 27 295 A1). The control of the amplifier module in this case takes place with an input signal of 24 VDC. The input signal can be produced directly by a switch, by a programmable controller with memory (SPS) or externally via a data bus. A relay with potential-free contacts is controlled with this signal.
Questa disposizione presenta inconvenienti. Con il comando tramite convenzionali uscite di relè il dispositivo di azionamento a motore monofase viene esclusivamente inserito, rispettivamente disinserito. La complicata struttura meccanica di un dispositivo di azionamento a motore tuttavia con il tempo può portare a funzionamenti errati, che possono portare ad un sovraccarico. Per rilevare il sovraccarico conformemente all'attuale stato della tecnica al posto di un'uscita di relè si impiega un'uscita a semiconduttori con relativa parte di comando e di misurazione. Con questa soluzione non è più presente la separazione galvanica rispetto al motore. This arrangement has drawbacks. When controlled via conventional relay outputs, the single-phase motor drive unit is exclusively switched on or off. However, the complicated mechanical structure of a motor drive device can lead to malfunctions over time, which can lead to overload. To detect the overload in accordance with the current state of the art, a semiconductor output with associated control and measuring section is used instead of a relay output. With this solution there is no longer any galvanic separation from the motor.
È inoltre noto un modulo per un comando a motore (US 5.657.193), che al superamento di determinati valori di esercizio preassegnabili, ossia statici, in caso di cortocircuito oppure in caso di corrente errata, provoca il disinserimento del motore. Il modulo non può essere impiegato per la sorveglianza dinamica di stati di esercizio. Also known is a module for a motor operator (US 5,657,193) which, when certain pre-assignable operating values, i.e. static, are exceeded, in the event of a short-circuit or in the event of an incorrect current, causes the motor to be switched off. The module cannot be used for dynamic monitoring of operating states.
L'invenzione si pone il compito di indicare un dispositivo di commutazione per comandare il carico con separazione galvanica, con cui è possibile sorvegliare in continuo le condizioni di carico e disinserire il carico al superamento di un valore di esercizio ammesso. The invention has the task of indicating a switching device for controlling the load with galvanic separation, with which it is possible to continuously monitor the load conditions and disconnect the load when an admissible operating value is exceeded.
L'elemento essenziale dell'invenzione è un dispositivo di commutazione per sorvegliare un carico elettrico su una rete e per comandare l'interruttore di rete, laddove il carico è disposto separato galvanicamente dal dispositivo di sorveglianza. Questo dispositivo di commutazione ha inoltre associati almeno un sensore dei valori caratteristici di esercizio, almeno un (primo) dispositivo di memoria per valori caratteristici delle proprietà del carico e almeno un (secondo) dispositivo di memoria. Nel secondo dispositivo di memoria con 1'inizializzazione del dispositivo di commutazione e/oppure durante la sorveglianza è possibile memorizzare valori caratteristici di esercizio del carico. Il comando dell'interruttore di rete è progettato in modo che, al raggiungimento oppure al superamento di un preassegnato valore caratteristico di esercizio, l'interruttore di rete apre. The essential element of the invention is a switching device for monitoring an electrical load on a network and for controlling the network switch, where the load is disposed galvanically separated from the monitoring device. This switching device also has associated at least one operating characteristic value sensor, at least one (first) memory device for load property characteristic values and at least one (second) memory device. In the second memory device, with the initialisation of the switching device and / or during monitoring, it is possible to store characteristic operating values of the load. The control of the mains switch is designed in such a way that the mains switch opens when a predetermined operating characteristic is reached or exceeded.
Come valori caratteristici di esercizio del carico vengono considerati sia parametri di esercizio statici sia anche dinamici. Both static and dynamic operating parameters are considered as characteristic operating values of the load.
Ulteriori esecuzioni dell'invenzione sono formulate nelle sottorivendicazioni. Further embodiments of the invention are formulated in the subordinate claims.
In particolare come invenzione viene proposto di indicare un comando a motore con separazione galvanica ed alimentazione variabile di tensione, con cui si sorvegliano in continuo e/oppure si segnalano (di preferenza tramite un bus di campo) le condizioni di carico del dispositivo di azionamento a motore, e con cui, in caso di sovraccarico del motore, il dispositivo di azionamento a motore viene disinserito tramite un relè. In particular, as an invention it is proposed to indicate a motor operator with galvanic separation and variable voltage supply, with which the load conditions of the drive device are continuously monitored and / or signaled (preferably via a field bus). motor, and with which, in the event of motor overload, the motor drive device is switched off via a relay.
L'uscita di relè viene comandata dal dispositivo di commutazione (microprocessore oppure circuito a struttura discreta). Il microprocessore può essere comandato tramite un'entrata da 24 VDC. Il dispositivo di commutazione comprende preferibilmente un'interfaccia dei dati (ad esempio verso un bus dei dati), almeno una memoria delle informazioni, un elemento di inserimento dei dati (ad esempio una tastiera) ed un dispositivo di uscita dei dati (ad esempio un display). Il comando dell'interruttore di rete nella forma di un'uscita di relè può avvenire tramite istruzioni software tramite un'entrata digitale oppure tramite un'interfaccia dei dati (seriale). Tramite il dispositivo di commutazione vengono sorvegliati dati di esercizio del carico, continuamente, e questi vengono memorizzati dopo la preassegnazione di uno stato di sorveglianza preselezionabile. I dati di esercizio vengono determinati preferibilmente tramite un sensore di corrente. Il dispositivo di commutazione è impostato su protezione contro sovraccarico. L'impostazione può essere effettuata come programmazione od impostazione fissa (come ASIC). In esercizio la corrente circolante viene confrontata rispettivamente con la massima corrente limite ammessa e, in caso di sovraccarico, viene aperto l'interruttore di rete, ossia il relè viene attivato e quindi vengono aperti i contatti di relè. The relay output is controlled by the switching device (microprocessor or discrete structure circuit). The microprocessor can be controlled via a 24 VDC input. The switching device preferably comprises a data interface (e.g. to a data bus), at least one information memory, a data entry element (e.g. a keyboard) and a data output device (e.g. a display). The control of the mains switch in the form of a relay output can take place via software instructions via a digital input or via a data interface (serial). The operating data of the load is monitored continuously via the switching device and saved after a preselectable monitoring status has been assigned. The operating data is preferably determined by means of a current sensor. The switching device is set to overload protection. The setting can be done as programming or fixed setting (as ASIC). In operation, the circulating current is compared with the maximum permissible limiting current respectively and, in the event of an overload, the mains switch is opened, i.e. the relay is activated and thus the relay contacts are opened.
Per l' inizializzazione da parte di un utente i valori caratteristici delle proprietà del carico (ad esempio il tipo di azionamento a motore) guidati da menù possono essere inseriti tramite l'interfaccia di utente. Il tipo di protezione contro sovraccarico viene assunta automaticamente tramite una preimpostazione dal dispositivo di commutazione (ad esempio da un microprocessore) . L'utente inoltre inserendo la tensione di esercizio e il tipo di esercizio del carico (corrente continua, corrente alternata, carico induttivo, carico puramente ohmico, eccetera) può configurare la protezione contro sovraccarico. Dalla pluralità delle possibili preimpostazioni del dispositivo di commutazione viene associata automaticamente la relativa corrente massima per il comando dell'interruttore di rete. La corrente viene sorvegliata continuamente oppure secondo cadenze prestabilite. La cadenza può essere impostata o come cadenza fissa (ad esempio 800 μsec) oppure come cadenza libera. Così ad esempio la corrente di avviamento di un dispositivo di azionamento a motore può essere memorizzata come caratteristica. Al raggiungimento od al superamento della corrente di sovraccarico in un istante a piacere oppure in uno oppure più istanti preassegnabili, viene aperto l'interruttore di rete. È previsto almeno che abbia luogo una segnalazione relativa allo stato di esercizio, quando si raggiungono o vengono superati preassegnabili valori caratteristici di esercizio durante la sorveglianza. La segnalazione può essere anche correlata con una memorizzazione di dati di segnalazione in una memoria. For initialisation by a user, the characteristic values of the load properties (eg the type of motor drive) menu driven can be entered via the user interface. The type of overload protection is automatically assumed by a presetting from the switching device (eg by a microprocessor). The user can also configure the overload protection by entering the operating voltage and the type of load operation (direct current, alternating current, inductive load, purely ohmic load, etc.). From the plurality of possible presettings of the switching device, the corresponding maximum current for controlling the mains switch is automatically associated. The current is monitored continuously or at pre-established intervals. The cadence can be set either as a fixed cadence (for example 800 μsec) or as a free cadence. Thus, for example, the starting current of a motor drive device can be stored as a characteristic. When the overload current is reached or exceeded in any instant or in one or more pre-assignable instants, the mains switch is opened. At least, an operational status signal is expected to occur when pre-assignable operating values are reached or exceeded during monitoring. The signaling can also be correlated with a storage of signaling data in a memory.
La protezione contro cortocircuito del carico viene realizzata in maniera convenzionale, ad esempio con l'ausilio di una sicura. Short-circuit protection of the load is implemented in a conventional manner, for example with the aid of a safety device.
In seguito vengono indicate ulteriori esecuzioni dell'invenzione: Further embodiments of the invention are indicated below:
il dispositivo di commutazione è eseguito come microprocessore, come circuito integrato oppure come comando programmabile da memoria. Ad esempio il dispositivo di commutazione può essere eseguito come comando intelligente conformemente al DE 19835 506 Al. the switching device is implemented as a microprocessor, as an integrated circuit or as a programmable command from memory. For example, the switching device can be implemented as an intelligent control in accordance with DE 19835 506 A1.
Il dispositivo di commutazione comprende mezzi di comando serventi al comando dell'alimentazione di tensione del carico. Con un comando dell'alimentazione di tensione del carico è possibile eseguire variabile l'alimentazione di tensione secondo valori caratteristici preassegnati. The switching device comprises control means for controlling the voltage supply of the load. With a control of the load voltage supply, the voltage supply can be varied according to pre-assigned characteristic values.
Il sensore dei valori caratteristici di esercizio è eseguito come convertitore digitale oppure analogico. Esiste una serie di tipi di sensore adatti a tale scopo. In relazione all'invenzione è essenziale che il sensore sia connesso senza intervento galvanico. The operating characteristic sensor is designed as a digital or analog converter. There are a number of sensor types suitable for this purpose. In relation to the invention it is essential that the sensor is connected without galvanic intervention.
Preferibilmente il sensore dei valori caratteristici di esercizio è un trasformatore di corrente. È presente almeno un dispositivo di memoria per segnali trasmessi dal sensore dei valori caratteristici di esercizio. Il dispositivo di commutazione è comandabile e/oppure sorvegliabile tramite teletrasmissione di dati. L'interruttore di rete è eseguito come relè. Il dispositivo di commutazione è eseguito come comando a motore. Il dispositivo di commutazione è integrato in un modulo amplificatore per il comando di dispositivi di azionamento a motore. Preferably, the operating characteristic value sensor is a current transformer. There is at least one memory device for signals transmitted by the operating characteristic values sensor. The switching device can be controlled and / or monitored by remote data transmission. The mains switch is designed as a relay. The switching device is designed as a motor drive. The switching device is integrated in an amplifier module for controlling motor drive devices.
Ogni carico (ad esempio un dispositivo di azionamento a motore) allo stato nuovo presenta un noto consumo di corrente. Alla possibile preimpostazione del dispositivo di commutazione appartengono anche i valori caratteristici delle proprietà nello stato nuovo. Nel corso dell'esercizio quindi è possibile rilevare corrente sopraelevata, cosicché in tal modo è possibile determinare anche variazioni dei valori caratteristici riconducibili ad usura meccanica del carico. I dati determinati possono essere utilizzati per la segnalazione e/oppure per il disinserimento o per la commutazione . Each load (for example a motor drive device) in new state has a known current consumption. The characteristic values of the properties in the new state also belong to the possible default setting of the switching device. During operation, therefore, it is possible to detect an elevated current, so that in this way it is also possible to determine variations in the characteristic values due to mechanical wear of the load. The determined data can be used for signaling and / or for switching off or switching.
I vantaggi ottenibili con l'invenzione consistono nel fatto che l'uscita di relè, priva di potenziale e separata galvanicamente, viene fatta funzionare protetta contro sovraccarichi mediante corrispondente parametrizzazione (relativamente a corrente nominale, tipo di carico). The advantages obtainable with the invention consist in the fact that the relay output, free of potential and galvanically separated, is operated protected against overloads by means of corresponding parameterization (relative to rated current, type of load).
L'invenzione viene rappresentata dettagliatamente in base alle figure. The invention is shown in detail on the basis of the figures.
In particolare: In particular:
la figura 1 mostra una prima realizzazione della disposizione circuitale secondo l'invenzione, Figure 1 shows a first embodiment of the circuit arrangement according to the invention,
la figura 2 mostra una seconda realizzazione della disposizione circuitale secondo l'invenzione, Figure 2 shows a second embodiment of the circuit arrangement according to the invention,
la figura 3 mostra una terza realizzazione della disposizione circuitale secondo l'invenzione. Figure 3 shows a third embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
In figura 1 un carico elettrico 10, ad esempio un dispositivo di azionamento a motore per un interruttore di potenza, è connesso alla tensione di rete 12 e è separabile dalla rete tramite un interruttore 14, eseguito come contatto di relè, e il relativo dispositivo di azionamento dell'interruttore. L'azionamento dell'interruttore avviene tramite un sistema magnetico 20. La linea di collegamento 18 indicherà la possibilità di comando della tensione di alimentazione mediante un dispositivo di commutazione 50. Il sistema magnetico 20 del relè viene comandato tramite un'entrata di relè 24 del dispositivo di commutazione 50 eseguito come microprocessore. Il dispositivo di commutazione 50 può far parte in particolare di un relè di comando elettronico. Al dispositivo di commutazione 50 può essere associata anche un'entrata digitale 52 (24 VDC) e inoltre un'interfaccia 54 dei dati, con cui è possibile comandare il dispositivo di commutazione 50. Nel disegno non è rappresentato in dettaglio il fatto che il dispositivo di commutazione 50 può comprendere anche ulteriori memorie transitorie o fisse delle informazioni ed un'interfaccia di utente. L'interfaccia di utente può contenere un dispositivo di inserimento dei dati (ad esempio una tastiera) ed un dispositivo di uscita dei dati (ad esempio un display). Il comando dell'uscita di relè 24 può avvenire tramite istruzioni software, tramite l'entrata 52 oppure tramite un'interfaccia dei dati (seriale) 54. Il dispositivo di commutazione 50 sorveglia continuamente dati di esercizio del dispositivo di azionamento a motore, laddove i dati di esercizio vengono confrontati con dati, che sono memorizzati dopo la preassegnazione di differenti stati di sorveglianza preselezionabili nel dispositivo di commutazione 50. I dati di esercizio in questo esempio di realizzazione vengono determinati nella forma della corrente di carico del relè 14, 20 tramite un sensore di corrente 30. In tal caso la corrente viene confrontata rispettivamente con la corrente limite massima ammessa e in caso di sovraccarico viene disinserita l'uscita di relè 24 (al raggiungimento oppure al superamento del valore limite). Il sensore di corrente 30 può essere eseguito come trasformatore di corrente oppure come sensore di Hall e viene addotto ad un convertitore A/D nel dispositivo di commutazione 50 eseguito come microprocessore. In Figure 1, an electrical load 10, for example a motor drive device for a power switch, is connected to the mains voltage 12 and can be separated from the mains by means of a switch 14, made as a relay contact, and the relative switching device actuation of the switch. The switch is operated by means of a magnetic system 20. The connection line 18 will indicate the possibility of controlling the supply voltage by means of a switching device 50. The magnetic system 20 of the relay is controlled by means of a relay input 24 of the switching device 50 performed as a microprocessor. The switching device 50 can in particular form part of an electronic control relay. The switching device 50 can also be associated with a digital input 52 (24 VDC) and in addition a data interface 54, with which it is possible to control the switching device 50. The drawing does not show in detail that the device switch 50 can also comprise further transient or fixed memories of the information and a user interface. The user interface may contain a data entry device (e.g. a keyboard) and a data output device (e.g. a display). The relay output 24 can be controlled via software instructions, via the input 52 or via a data interface (serial) 54. The switching device 50 continuously monitors the operating data of the motor drive unit, where the The operating data are compared with data which are stored after pre-assignment of different preselectable monitoring states in the switching device 50. The operating data in this exemplary embodiment are determined in the form of the load current of the relay 14, 20 by means of a current sensor 30. In this case, the current is compared with the maximum permissible limit current respectively and in the event of an overload the relay output 24 is switched off (when the limit value is reached or exceeded). The current sensor 30 can be implemented as a current transformer or as a Hall sensor and is fed to an A / D converter in the switching device 50 which acts as a microprocessor.
L'inizializzazione del dispositivo di commutazione 50 su protezione contro sovraccarico può essere effettuata come programmazione, oppure avviene mediante trasferimento di dati tramite l'interfaccia seriale (bus di campo) oppure mediante inserimento in corrispondenza dell'interfaccia di utente. The initialisation of the switching device 50 on protection against overload can be carried out as programming, or it takes place by transferring data via the serial interface (field bus) or by inserting it at the user interface.
L'esecuzione, mostrata in figura 2, della disposizione circuitale secondo l'invenzione può essere impiegata come disposizione per proteggere dispositivi di azionamento a motore monofase 10.1 e 10.2 (non rappresentati in dettaglio) (ad esempio per interruttori di potenza). In questo caso i sistemi magnetici di relè 20.1 e 20.2 per gli interruttori di rete 14.1 e 14.2 vengono comandati sempre e soltanto singolarmente. Pertanto è possibile sorvegliare i sistemi magnetici di relè 20.1 e 20.2 con soltanto un unico sensore di corrente 30.1. La disposizione secondo la figura 2 può essere eseguita come modulo amplificatore integrato. Nella disposizione circuitale mostrata in figura 3 l'interruttore di rete 14, 20 è eseguito come un relè quadripolare o piccolo teleruttore con i contatti di relè 14 e il sistema magnetico 20 comandato dal dispositivo di commutazione 50.1. Tramite gli interruttori di rete 14, 20 anche qui un carico, indicato con il contrassegno 10, può essere connesso ad una rete trifase 12 con conduttore neutro. Il flusso di corrente tramite il carico 10 viene controllato tramite un trasformatore di corrente somma 17. Il trasformatore di corrente somma 17 con la sua uscita tramite una resistenza a zavorra 16 è portato su un contatto di relè unipolare 15 azionato da un relativo sistema magnetico di relè 21. L'aggiuntiva uscita di relè 24.1 del dispositivo di commutazione 50.1 è attivata permanentemente per mantenere chiuso il contatto di relè 15. La corrente somma, rilevata dal sensore di corrente 30, del trasformatore di corrente somma 17 viene addotta al dispositivo di commutazione 50.1 per la valutazione. The embodiment, shown in Figure 2, of the circuit arrangement according to the invention can be used as an arrangement for protecting single-phase motor drive devices 10.1 and 10.2 (not shown in detail) (for example for power switches). In this case the magnetic relay systems 20.1 and 20.2 for the mains switches 14.1 and 14.2 are always and only controlled individually. Therefore it is possible to monitor the magnetic relay systems 20.1 and 20.2 with only a single current sensor 30.1. The arrangement according to Figure 2 can be implemented as an integrated amplifier module. In the circuit arrangement shown in Figure 3, the mains switch 14, 20 is designed as a four-pole relay or small contactor with the relay contacts 14 and the magnetic system 20 controlled by the switching device 50.1. By means of the mains switches 14, 20 also here a load, indicated with the identification mark 10, can be connected to a three-phase mains 12 with neutral conductor. The current flow through the load 10 is controlled by means of a sum current transformer 17. The sum current transformer 17 with its output via a ballast resistor 16 is carried on a single-pole relay contact 15 operated by a relative magnetic system of relay 21. The additional relay output 24.1 of the switching device 50.1 is permanently activated to keep the relay contact 15 closed. The sum current, detected by the current sensor 30, of the sum current transformer 17 is fed to the switching device 50.1 for evaluation.
La disposizione circuitale secondo la figura 3 quindi serve alla sorveglianza delle dispersioni verso terra. L'uscita di relè 24.1, da contrassegnare nel senso classico, del dispositivo di commutazione 50.1, eseguito ad esempio come relè di comando elettronico, grazie al suo stato permanentemente chiuso può essere utilizzata come entrata analogica per ulteriori informazioni. I valori misurati rilevati dal sensore di corrente 17 per mezzo del dispositivo di commutazione 50.1 possono essere confrontati con valori parametro, rispettivamente con valori limite, che vengono comunicati tramite ad esempio una tastiera oppure un'interfaccia seriale 54. Al superamento dei valori parametro (ad esempio importo e tempo di ritardo) da parte della corrente somma rilevata, nel modo già descritto con riferimento alla figura 1, il carico 10 viene disinserito tramite l'interruttore di rete 14, 20 nel senso di un disinserimento di dispersione verso terra. The circuit arrangement according to Figure 3 therefore serves to monitor ground faults. The relay output 24.1, to be marked in the classical sense, of the switching device 50.1, designed for example as an electronic control relay, can be used as an analog input for further information thanks to its permanently closed state. The measured values recorded by the current sensor 17 by means of the switching device 50.1 can be compared with parameter values or with limit values, which are communicated via, for example, a keyboard or a serial interface 54. When the parameter values are exceeded (e.g. example amount and delay time) by the sum current detected, in the manner already described with reference to Figure 1, the load 10 is disconnected by means of the mains switch 14, 20 in the sense of an earth leakage disconnection.
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