NL1006104C2 - Aardlekdetectieschakeling. - Google Patents

Description

Aardlekdetectieschakeling.

5 De uitvinding heeft betrekking op een aardlekdetectieschakeling, omvattende een aardlekstroomomzetter voor het afgeven van een stroom die overeenkomt met een in een te beveiligen circuit optredende aard-lekstroom, een daarop aangesloten opslagelement, een parallel aan het opslagelement geschakelde belasting en een vergelijkingsschakeling 10 voor het vergelijken van tenminste een gedeelte van de over het opslagelement optredende spanning met een eerste drempelwaarde. Een dergelijke schakeling is bekend uit de ter inzage gelegde Duitse octrooiaanvrage 3·807.935·

Bij de uit de hierboven genoemde Duitse octrooiaanvrage bekende 15 aardlekschakelaar wordt een somstroomomzetter gebruikt om een aardlek vast te stellen en een met de grootte van de aardlek overeenkomende stroom op te wekken, die wordt toegevoerd aan een opslagelement in de vorm van een condensator. Over deze condensator is een belasting parallel geschakeld, welke belasting bestaat uit een spanningsdeler om 20 een deelspanning van de over de condensator opgebouwde spanning te verkrijgen, die wordt vergeleken met een referentiespanning. Bij een ontoelaatbare lekstroom zal de van de condensator afgeleide deelspanning de referentiespanning overschrijden, met als gevolg dat een trip-mechanisme wordt aangestuurd, door middel waarvan het circuit waarin 25 de aardlek optreedt wordt uitgeschakeld.

Deze bekende aardlekdetectieschakeling heeft het nadeel, dat tijdens het opladen van de condensator de door de spanningsdeler gevormde belasting reeds stroom opneemt, waardoor het opladen van de condensator wordt vertraagd en energie verloren zal gaan.

30 De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een aardlekdetectie schakeling van de in de aanhef genoemde soort, waarbij het genoemde nadeel wordt vermeden.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat de belasting is voorzien van een drempelwaardeschakeling, een en ander zodanig 35 dat wanneer de spanning over het opslagelement de eerste drempelwaarde overschrijdt, een meting op de met de aardlekstroom evenredige stroom wordt uitgevoerd.

1006104 2

Hierdoor wordt bereikt, dat het opslagelement nagenoeg zonder vertraging wordt geladen en eerst na het overschrijden van de drempelwaarde een stroommeting wordt uitgevoerd en energie wordt verbruikt. Een tripmechanisme spreekt aan als bij de stroommeting blijkt dat de 5 aardlekstroom te groot is. Volgens de uitvinding wordt dus een span-ningsdrempel voor de oplaadtoestand van de condensator toegepast en kan een stroomdrempel voor de grootte van de aardlekstroom worden gebruikt. Hierdoor wordt een nauwkeurige aardlekdetectie verkregen. Bij de bekende schakeling wordt slechts één stroomdrempel toegepast.

10 Opgemerkt wordt dat uit de ter inzage gelegde Europese octrooiaanvrage 0 702 445 een aardlekschakelaar bekend is, waarbij het opslag-element hoog-ohmig wordt belast door middel van een transistor-constructie. Deze transistorconstructie zorgt ervoor dat het opladen van het opslagelement zo min mogelijk nadelig wordt beïnvloed.

15 De werking van deze uitlekschakelaar berust op het meten van de spanning op de door de aardlekstroom opgeladen condensator, die bij gelijkblijvende aardlekstroom een toenemende spanning voert. Het tripmechanisme van de aardlekschakelaar wordt hierbij dus getriggeerd bij een bepaalde spanning over de condensator. Deze spanning is echter 20 geen duidelijke maat voor de lekstroom.

Het als condensator uitgevoerde opslagelement werkt als integrator, zodat deze bekende aardlekschakelaar het nadeel heeft dat ook bij kleine aardlekstromen na verloop van een bepaalde integratietijd een onterechte aardlekdetectie zal optreden. Dit nadeel is het gevolg van 25 de toepassing van slechts een drempel, namelijk de spanningsdrempel. Een van de lekstroom afgeleide spanning over de condensator wordt met deze drempel vergeleken. Het genoemde nadeel wordt bij de aardlek-detectieschakeling volgens de uitvinding niet ondervonden, doordat een spanningsdrempelwaarde voor de condensatorspanning wordt toegepast en 30 pas nadat de spanningsdrempel door de condensator is bereikt en er dus voldoende energie in de condensator is opgeslagen, een stroommeting wordt uitgevoerd.

Bij een bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de belasting gevormd door een serieschakeling van een weer-35 stand en een referentie-element en wordt de spanning over de weerstand die evenredig is met de aardlekstroom vergeleken met een tweede drempelwaarde.

1006104 3

Als bijzonder voordelig alternatief kunnen de eerste en tweede drempelwaarde worden afgeleid van hetzelfde referentie-element.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen.

5 Fig. 1 toont een blokschema van een uitvoeringsvorm van de uit vinding;

Fig. 2 toont een vereenvoudigd schakelschema van een uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Fig. 3 is een schema van een andere uitvoeringsvorm van de uit-10 vinding; en

Fig. 4 is een schema van een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding.

De aardlekdetectieschakeling volgens de uitvinding kan worden toegepast in spanningsonafhankelijke elektronische aardlekschakelaars, 15 dikwijls ook lekstroom-gevoede elektronische aardlekschakelaars genoemd. Aardlekschakelaars hebben ten doel de energietoevoer naar een circuit te onderbreken, wanneer een in het circuit optredende aardlek-stroom een bepaalde kritische bovengrens (bijvoorbeeld 30 mA) overschrijdt. Deze schakelaar mag echter niet aanspreken bij een aardlek-20 stroom onder een bepaalde ondergrens (bijvoorbeeld 15 mA).

Voorts wordt van aardlekschakelaars vaak geëist dat deze goed functioneren in een temperatuurbereik van -25°C tot +60°C.

In de in fig. 1 getoonde aardlekdetectieschakeling wordt in de aardlekstroomomzetter A0 een aardlekstroom gemeten, welke aardlek-25 stroomomzetter een signaal, in het bijzonder een stroom i0 afgeeft, die evenredig is met de grootte van de gemeten aardlekstroom. Over de aardlekstroomomzetter is een opslagelement 0E, bijvoorbeeld een condensator aangesloten, die door middel van het door de aardlekstroomomzetter afgegeven signaal (stroom) wordt opgeladen.

30 Een voorbeeld van een aardlekstroomomzetter is getoond in de eerder genoemde Duitse octrooiaanvrage 3·807.935 en bestaat uit een stroomtransformator, door middel waarvan een stroommeting van de aan een circuit toegevoerde en afgevoerde stroom wordt uitgevoerd, welk circuit moet worden beveiligd met een aardlekschakelaar. In de bekende 35 aardlekschakelaar omvat de aardlekstroomomzetter voorts een op de stroomtransformator aangesloten gelijkrichter met eventueel een over-spanningsbeveiliging. De uit de gelijkrichter afkomstige stroom is evenredig met de gemeten aardlekstroom en wordt toegevoerd aan het 1006104 it opslagelement OE dat in de bekende aardlekschakelaar wordt gevormd door een condensator met een daarmee in serie geschakelde weerstand. De met de gemeten aardlekstroom evenredige stroom is vergelijkbaar met een stroom i0 uit AO in fig. 1.

5 Uit fig. 1 blijkt dat parallel aan het opslagelement OE een belasting DB is geschakeld, welke belasting is voorzien van een drem-pelwaardeschakeling.

Tenminste een gedeelte van de over de belasting optredende spanning Us die een maat is voor de stroom iQ wordt toegevoerd aan een 10 detectie- en schakelketen DS. Deze spanning Us wordt door de detectie-en schakelketen DS vergeleken met een referentiespanning Uref. De detectie- en schakelketen DS bestuurt een trip-mechanisme TM dat op zijn beurt de onderbreking van het te beveiligen circuit aanstuurt.

Wanneer in het te beveiligen circuit een aardlekstroom optreedt 15 wordt het opslagelement OE opgeladen. Doordat de belasting DB is voorzien van een drempelwaardeschakeling zal door deze belasting eerst een stroom vloeien, wanneer de spanning over het opslagelement een vooraf bepaalde drempelwaarde heeft overschreden. De drempelwaarde zal worden overschreden, wanneer de spanning over het opslagelement OE een waarde 20 heeft die voldoende is om energie te leveren bij een stroommeting met stroomdrempel op de aan de aardlekstroom evenredige stroom iQ en het aansturen van een tripmechanisme. De drempelwaardeschakeling kan worden gevormd door elke schakeling met een drempelwaarde, zoals een halfgeleiderschakeling, bijvoorbeeld een transistor die bij de vooraf-25 bepaalde drempelwaarde van de spanning over het opslagelement wordt doorgeschakeld of een zogenaamde "bandgap device"-schakeling.

Wanneer de aardlekstroom de kritische bovengrens heeft bereikt, zal de door de belasting DB geleverde spanning Us, die een maat is voor de stroom iQ, de referentiespanning Uref overschrijden, waardoor 30 de detectie- en schakelketen wordt geactiveerd, die op zijn beurt het tripmechanisme aanstuurt. Door toepassing van de drempelwaardeschakeling wordt bereikt, dat de belasting eerst het opslagelement belast nadat de drempelwaarde is bereikt, zodat het opladen nauwelijks zal worden vertraagd en nagenoeg geen energie verloren zal gaan.

35 In fig· 2 is een bijzonder eenvoudige uitvoeringsvorm van de uitvinding getoond. In fig. 2 is de aardlekstroomomzetter schematisch voorgesteld door een stroombron iQ. Het opslagelement wordt gevormd door de condensator C, terwijl de belasting met de drempelwaardescha- 61 0 4 5 keling wordt gevormd door de serieschakeling van de weerstand R3 en de zenerdiode Z. Het resterende gedeelte komt overeen met dat van fig. 1.

Wanneer een aardlek in het te beveiligen circuit optreedt, geeft de aardlekstroomomzetter een signaal i„ af, dat evenredig is met de in 5 het circuit optredende aardlekstroom. De condensator C wordt door middel van de stroom ij opgeladen, welke stroom vooralsnog gelijk is aan de stroom i0, omdat aanvankelijk de stroom nul is omdat er niet geschakeld was en tevens de stroom i3 nul is, zodat de stroom i2 eveneens nul is. Zodra de spanning over de condensator C de zenerspanning 10 van de zenerdiode Z heeft bereikt, begint een stroom i3 te vloeien. Voorafgaand aan dit moment wordt de condensator C geheel door i0 opgeladen, zonder dat er een belasting over de condensator C aanwezig is. Hierdoor ontstaat geen energieverlies, terwijl tevens wordt bereikt dat de condensator C zeer snel met nagenoeg geen vertraging wordt 15 opgeladen.

Na verloop van tijd is de condensator opgeladen en is i3 gelijk geworden aan iD. De spanning Us op het aftakpunt van de zenerdiode Z en de weerstand R3, welke een maat is voor de stroom i3 en dus voor de stroom i0 en de aardlekstroom, wordt vergeleken met de referentiespan-20 ning Uref en wanneer de aardlekstroom een voorafbepaalde bovengrens (bijvoorbeeld 30 mA) overschrijdt, wordt Us > Uref, zodat de detectie-en schakelketen de spoel van het tripmechanisme TM kortsluit over de condensator C. Er wordt dts eerst een spanningsdrempel Z gebruikt en daarna een stroomdrempel Uref waardoor een nauwkeurige en snelle 25 detectie van een aardlek wordt bereikt. De schakeling volgens de uitvinding heeft de voordelen, dat bij kleinere lekstromen beneden de bovengrens geen trip van de aardlekschakelaar zal optreden en dat alle energie uit de aardlekstroom wordt benut voor het opladen van de condensator tot een geschikte spanning zodat tevens ook een nauwelijks 30 vertraagd schakelen wordt bereikt.

Bij een verdere uitwerking van de uitvinding is de zenerspanning ook als referentiespanning gebruikt.

In figuur 3 is een dergelijke uitwerking getoond. Over de condensator C is de serieschakeling van het trip-mechanisme TM, de zener-35 diode Z en de weerstand Rx aangesloten. Deze van fig. 1 afwijkende opstelling van het trip-mechanisme heeft dikwijls bedradingstechnische voordelen maar de plaats van het mechanisme doet niet af aan de goede werking van de aardlekdetectieschakeling.

10061 04 6

De schakeling werkt als shunt-stabilisator. De spanning over de opslagcondensator C wordt via een referentie-element (hier weergegeven als zenerdiode Z) toegevoerd aan de basis van transistor Tl. Tot het moment dat deze gaat geleiden wordt de lekstroom uitsluitend gebruikt 5 voor het laden van de condensator. Daarna vloeit nagenoeg alle lekstroom in de weerstand R2. De spanning over R2 is dus een directe maat voor de stroom. De betreffende spanning (a-b) wordt in de schakeling S vergeleken met een deel van de gestabiliseerde spanning (a-c). Bij het bereiken van de drempelwaarde wordt S geleidend, waardoor het trip-10 systeem TM bekrachtigd wordt.

In figuur *4 is een ander alternatief getoond waarbij de zenerdiode als spanningsdrempel en als stroomdrempel wordt gebruikt. Het tripmechanisme is op dezelfde wijze aangesloten als in fig. 3· De weerstand R3 en de zenerdiode Z enerzijds en de weerstanden R4 en R5 15 vormen de takken van een brug. De weerstand R^ heeft een kleine waarde en de weerstand R. grote waarde waarbij de serieschakeling van de weerstanden R;, en R5 zeer hoog-ohmig is. Over het verbindingspunt van de weerstand R3 en de zenerdiode Z en het verbindingspunt van de weerstanden R/, en R5 is een comparator COMP aangesloten, waarvan de uitgang de 20 thyristor Th aanstuurt.

1006104

Claims (3)

1. Aardlekdetectieschakeling, omvattende een aardlekstroomomzet-5 ter voor het afgeven van een stroom die evenredig is met een in een te beveiligen circuit optredende aardlekstroom, een daarop aangesloten opslagelement, een parallel aan het opslagelement geschakelde belasting en een vergelijkingsschakeling voor het vergelijken van tenminste een gedeelte van de over het opslagelement optredende spanning met een 10 eerste drempelwaarde, met het kenmerk, dat de belasting is voorzien van een drempelwaardeschakeling een en einder zodanig, dat wanneer de spanning over het opslagelement de eerste drempelwaarde overschrijdt, een meting op de met de aardlekstroom evenredige stroom wordt uitgevoerd .

2. Aardlekdetectieschakeling volgens conclusie 1, met het ken merk. dat de belasting wordt gevormd door een serieschakeling van een weerstand en een referentie-eleraent en de spanning over de weerstand, die evenredig is met de aardlekstroom, wordt vergeleken met een tweede drempelwaarde. 20

3· Aardlekdetectieschakeling volgens conclusie 2, met het ken merk . dat de eerste en de tweede drempelwaarde worden afgeleid van hetzelfde referentie-element. 25 *** 100;r:' *