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Fehlerstromschutzeinrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Fehlerstromschutzeinrichtung nach
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Einrichtungen werden insbesondere als
ortsveränderliche Fehlerstromschutzschalter-Steckdosen verwendet.
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Sie arbeiten mit einem Summenstromwandler, dem Auslöser und Schaltschloß
zum Ansprechen auf Fehlerströme zugeordnet sind. Eine bekannte Einrichtung soll
nicht nur netzseltig falsche Leiteranschlüsse erkennen, sondern auch den Nulleiter
- geerdeter Neutralleiter - überwachen (DE-OS 26 16 231). Die bekannte Erdschlußschutzvorrichtung
überwacht den Nulleiter nur auf Erdschluß.
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An anderer Stelle ist eine Fehlerstromschutzschalter-Steckdose beschrieben,
die die Form eines Verteilerwürfels hat, der mit einem Anschlußkabel verbunden ist
(DE 30 28 326.2).
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Der Schutzpegel einer ortsveränderlichen Fehlerstromschutzeinrichtung,
die steckbar bzw. als Steckdose ausgebildet ist, könnte noch erweitert werden, wenn
netzseitig fehlerhafte Installation auch ohne angeschlossene Last insbesondere hinsichtlich
Vertauschung von Schutzleiter und Außenleiter sowie hinsichtlich einer Unterbrechung
des Schutzleiters sicher erkannt werden könnte. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis
zugrunde, daß die Unterbrechung des Schutzleiters für Bedienungspersonen noch viel
gefährlicher als ein verbraucherseitiger Erdschluß des Nulleiters ist.
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Bekannte Einrichtungen (DE-OS 27 00 145, DE-OS 27 01 503) überwachen
den Schutzleiter oder der Nulleiter in Mehrleiternetzen durch spannungsabhängige
Widerstände. Hier sind jedoch mindestens zwei Außenleiter, früher Phasenleiter genannt,
erforderlich, so daß diese Methode für normale Steckdosengeräte, wo nur ein Außenleiter
und der Mittelleiter vorhanden ist, nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fehlerstromschutzeinrichtung
der eingangs geschilderten Art zu entwickeln, die die Sicherheit einer netzseitigen
Grundschutzmaßnahme dadurch erhöht, daß ein Vertauschen von Schutzleiter und Außenleiter,
also mit dem Phasenleiter, sowie eine Unterbrechung des Schutzleiters auf der Netzseite
auch ohne Lastanschluß sicher erkannt wird und dabei jedoch die netzseitige Grundschutzmaßnahme
unbeeinträchtigt bleibt.
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Die Lösung der geschilderten Aufgabe liegt in den Merkmalen nach dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.
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Danach sind zwischen die zu überwachenden Leiter Verbindungsleiter
eingeschaltet, wobei jeweils zwischen einem Leiter und einem der anderen Leiter
eine Verbindung hergestellt ist. Die Verbindungsleiter werden von einer Meßeinrichtung
auf Stromfluß und Stromrichtung hinsichtlich einer Abweichung vom Zustand bei Anschluß
an ein ordnungsgemäßes Netz überwacht. Bei einer Abweichung wird ein Abschaltsignal
abgegeben, wodurch sämtliche Leiter, also auch der Schutzleiter, abgeschaltet werden
können.
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Diese Fehlerstromschutzeinrichtung ist besonders einfach.
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Der Summenstromwandler der Fehlerstromschutzeinrichtung kann zusammen
mit Auslöser und Schaltschloß als ein hochempfindlicher Fehlerstromschutzschalter
ausgelegt sein, der auf Nennfehlerströme von 10 oder 30 mA abgestimmt ist.
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Dadurch können besonders gefährdete Räume wie Küche,
Hobbyraum,
Badezimmer oder auch der Gartenbereich durch die Fehlerstromschutzeinrichtung nach
der Erfindung im Schutzpegel über den Schutzpegel angehoben werden, wie er durch
die netzseitige Grundschutzmaßnahme gegeben ist.
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Hierbei wird die Grundschutzmaßnahme jedoch nicht beeinträchtigt,
was jedoch dann der Fall wäre, wenn in den Schutzleiter ein Widerstand eingebracht
würde, wie es bei einer auf dem Markt befindlichen Fehlerstromschutzeinrichtung
der Fall ist.
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Besonders übersichtliche und einfache Verhältnisse ergeben sich, wenn
die Verbindungsleiter zwischen dem für die Phase L vorgesehenen Leiter und dem für
den Schutzleiter PE sowie zwischen dem für die Phase L vorgesehenen Leiter und dem
für den Neutralleiter, auch Mittelleiter genannt, eingeschaltet sind.
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Die Meßeinrichtung kann im wesentlichen durch einen zusätzlichen Wandler
gebildet werden, durch dessen Kern die Verbindungsleitungen jeweils als Primärwicklung
geführt sind, wobei der Widerstand der Verbindungsleitung, der Anschluß, bzw. der
Wicklungssinn der Primärwicklungen und ihre Windungszahl im Sinne der Kompensation
des im Wandler hervorgerufenen magnetischen Induktionsflusses bei Anschluß an einem
ordnungsgemäßen Netz ausgebildet sind; eine Sekundärwicklung des Wandlers ist hierbei
mit einem weiteren Auslöser verbunden, der ebenso wie der Auslöser des Summenstromwandlers
mit dem Schaltschloß in Eingriffverbindung steht.
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Man kann auch mit einem einzigen Auslöser auskommen. Auch kann die
Meßeinrichtung im wesentlichen durch zwei weitere Wicklungen auf dem üblichen Summenstromwandler
gebildet werden, die jeweils in eine Verbindungsleitung eingeschaltet sind. Auch
hierbei ist der Widerstand der Verbindungsleitungen, der Anschluß, bzw. der Wicklungssinn
und
ihre Windungszahl im Sinne der Kompensation des im Wandler hervorgerufenen
magnetischen Flusses bei Anschluß an einem ordnungsgemäßen Netz ausgebildet.
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Die Erfindung soll anhand von in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden: In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
der Fehlerstromschutzeinrichtung wiedergegeben.
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In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für die Fehlerstromschutzeinrichtung
zusammen mit Steckdosen eines Versorgungsnetzes veranschaulicht.
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In Fig. 1 ist eine Fehlerstromschutzeinrichtung 1 wiedergegeben, die
als Fehlerstromschutzschalter-Steckdose oder als steckbare, ortsveränderliche Fehlerstromschutzeinrichtung
ausgebildet ist. Mit dem Stecker 2 kann sie an einer Steckdose angeschlossen werden
und in die Steckeraufnahme bzw. Steckdose 3 kann ein besonders zu schützendes Gerät
eingesteckt werden. Die Fehlerstromschutzeinrichtung weist einen üblichen Summenstromwandler
4 mit zugeordnetem Auslöser 5 und Schaltschloß 6 auf. Beim Entklinken des Schaltschlosses
können alle Leiter, L, N, PE, in üblicher Weise beim Auftreten eines Fehlerstromes
durch den Schalter 7 unterbrochen werden. Erfindungsgemäß sind zwischen die zu überwachenden
Leiter, 8, 9, 10 bzw. L, N, PE, Verbindungsleiter eingeschaltet und zwar jeweils
zwischen einem Leiter und einem der anderen Leiter. Im Ausführungsbeispiel ist also
zwischen dem für den Außenleiter L vorgesehenen Leiter 8 und dem für den Schutzleiter
PE vorgesehenen Leiter 10 ein Verbindungsleiter 11 eingeschaltet. Zwischen dem für
den Außenleiter L vorgesehenen Leiter 8 und dem-Rückleiter, dem Neutralleiter N,
der mit 9 bezeichnet ist, stellt der Verbindungsleiter 12 eine Verbindung her.
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Die Verbindungsleiter 11, 12 werden von einer Meßeinrichtung 13 auf
Stromfluß und auf Stromrichtung hinsichtlich einer Abweichung von dem Zustand überwacht,
der bei.Anschluß an ein ordnungsgemäßes Netz auftritt: Die Meßeinrichtung 13 wird
im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im wesentlichen gebildet durch einen zusätzlichen
Wandler 14, durch dessen Kern die Verbindungsleiter 11, 12 jeweils als Primärwicklung
geführt sind. Der Widerstand der Verbindungsleiter 11, 12 sowie der Anschluß, bzw.
der Wicklungssinn der Primärwicklungen und ihre Windungszahl sind im Sinne der Kompensation
des im Wandler hervorgerufenen magnetischen Induktionsflusses ausgebildet, wie es
durch die Pfeile 30 für die Stromrichtung in den Verbindungsleitern 11 und 12 und
die Pfeile 31 für die Stromrichtung in den Wicklungen 111 und 112 veranschaulicht
ist. Bei richtigem Anschluß an ein ordnungsgemäßes Netz, wenn also der zu-überwachende
Leiter 8 am Außenleiter L des Netzes anliegt und der Leiter g am Neutralleiter N
sowie der Leiter 10 am Schutzleiter PE, werden die von den Wicklungen 111 und 112
hervorgerufenen magnetischen Flüsse kompensiert. Eine Sekundärwicklung 113 des Wandlers
ist mit einem weiteren Auslöser 15 verbunden.
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Der Auslöser 15 steht ebenso wie der Auslöser 5 des Summenstromwandlers
4 mit dem Schaltschloß 6 in mechanischer Eingriffverbindung, wie es durch die Verbindungsmittel
16 und 17 veranschaulicht ist.
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Auch können die Erregerwicklungen der beiden Auslöser 5, 15 auf einem
gemeinsamen Magnetkern aufgebracht sein, so daß nur eine Auslösungseinrichtung vorhanden
ist.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht die Meßeinrichtung 13
der Fehlerstromschutzeinrichtung 1 im wesentlichen aus zwei weiteren Wicklungen
211 und 212 auf dem Kern des Summenstromwandlers 4, die jeweils in einen Ver-
bindungsleiter
11 bzw. 12 eingeschaltet sind. Der Widerstand 18 der Verbindungsleiter 11, 12, der
Anschluß, bzw.
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der Wicklungssinn der von ihnen gebildeten weiteren Wicklungen 211
und 212 und ihre Windungszahl ist wieder im Sinne der Kompensation des im Wandler
hervorgerufenen magnetischen Flusses ausgebildet. Die Kompensation tritt dann ein,
wenn bei Anschluß an einem ordnungsgemäßen Installationsnetz 20, bzw. an dessen
ordnungsgemäßen Steckdosen 21 die rehlerstromschutzeinrichtung 1 so angesteckt ist-,
daß der Leiter 8 mit dem Außenleiter L, der Leiter 9 mit dem Neutralleiter N und
der Leiter 10 mit dem Schutzleiter PE durch den Stecker 2 verbunden ist.
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Ein Verbraucher, der an der Steckdose 3 der Fehlerstromschutzeinrichtung
1 angeschlossen wird, ist dann bei einem höheren Schutzpegel geschützt als er durch
die Grundschutzmaßnahme des Netzes 20 gegeben ist. Im Ausführungsbeispiel ist die
Grundschutzmaßnahme des Netzes 20 die Nullung mit zusätzlichem Schutzleiter. Die
Steckdosen 22 sind im Ausführungsbeispiel fehlerhaft installiert. Das Installationsnetz
20 nach Fig. 2 ist weiter durch Leitungsschutzschalter 23 in bekannter Weise abgesichert.
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Ein Wattstundenzähler ist mit 24 und eine Hausanschlußsicherung mit
25 veranschaulicht.
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Wenn der Stecker 2 der Fehlerstromschutzeinrichtung 1 nach Fig. Z
an der Steckdose 21 bei der gezeichneten Lage eingesteckt wird, ist der Leiter 8
mit dem Außenleiter L, der Leiter 9 mit dem Neutralleiter N und der Leiter 10 mit
dem Schutzleiter PE des Netzes ordnungsgemäß verbunden.
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Im Ruhezustand ist der Schalter 7 geschlossen, so daß die Steckdose
3 angeschlossen ist. Bei einem solchen ordnungsgemäßen Anschluß fließt über den
Verbindungsleiter 11 vom Leiter 8, der für den Außenleiter L vorgesehen ist, über
die Wicklung 211 ein Strom zum Leiter 10, der dem Schutzleiter PE zugeordnet ist.
Vom Leiter 8 fließt ein weiterer Strom über Verbindungsleiter 12 und die
Wicklung
212 zum Leiter 9, der dem Neutralleiter N zugeordnet ist. Der Anschluß bzw. der
Wicklungssinn der weiteren Wicklungen 211 und 212 ist so ausgebildet, daß sich bei
einem beschriebenen Strom in Pfeilrichtung 30 der durch die weiteren Wicklungen
211 und 212 hervorgerufene magnetische Fluß aufhebt, wie es durch die Pfeile 31
veranschaulicht ist. Die Amperewindungen sind hierbei gleich. Hierzu können die
beiden weiteren Wicklungen 211 und 212 gleiche Windungszahl aufweisen und zusammen
mit ihren jeweiligen Verbindungsleitern 11, 12 mit einander gleichem Widerstand
18 versehen sein. Es ist günstig, wenn der Widerstand 18 hochohmig, insbesondere
in der Größenordnung von dreistelligen Kiloohm ausgebildet ist.
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Die in den Verbindungsleitern 11 und 12 fließenden Ströme liegen dann
in der Größenordnung von einstelligen Milliampere.
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Wenn der Stecker 2 an einer Steckdose mit gefährlichem Installationsfehler
angeschlossen wird, löst die Fehlerstromschutzeinrichtung 1 aus und die Steckdose
3 wird stromlos: Anhand der rechten fehlerhaft installierten Steckdose 22 nach Fig.
2 läßt sich veranschaulichen, wie der besonders gefährliche Installationsfehler,
wonach der Außenleiter L an dem für den Schutzleiter PE vorgesehenen Schutzkontakt
angeschlossen wurde, zur Abschaltung führt. Wenn der Stecker 2 in die rechte Steckdose
22 eingesteckt wird, ist der Leiter 8 der Fehlerstromschutzeinrichtung 1 mit dem
Neutralleiter N verbunden, der Leiter 9 mit dem Schutzleiter PE und der Leiter 10
mit dem Außenleiter L.
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Die am Leiter 10 anstehende Spannung führt zu einem Stromfluß über
den Verbindungsleiter 11 zum Leiter 8. na mit dem Leiter 9 der Schutzleiter PE verbunden
ist, kann über den Verbindungsleiter 12, der mit dem Neutralleiter N über den Leiter
8 verbunden ist, kein Strom fließen,
da zwischen N und PE kein
wesentliches Potential ansteht.
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Die Erregung in der Wicklung 211 kann daher nicht kompensiert werden
und führt zum Ansprechen des Auslösers 5 und zum Entklinken des Schaltschlosses
6, wodurch der Schalter 7 öffnet. Die Steckdose 3 der Fehlerstromschutzeinrichtung
wird daher stromlos, bevor ein den Verbraucher Bedienender gefährdet werden könnte.
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Da auch eine Vertauschung von Außenleiter L und Neutralleiter N, die
harmlos ist, zur Auslösung führt, kann diese Auslösung durch Verdrehen des Steckers
2 behoben werden.
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Wenn die Installation an sich ordnungsgemäß ist, jedoch der Schutzleiter
PE unterbrochen ist, ergibt sich folgende Wirkungsweise: Nimmt man an, daß der Stecker
2 in die Steckdose 21 eingesteckt ist und der Schutzleiter PE entweder zwischen
der Steckdose 21 und dem Verbindungspunkt mit dem Nulleiter oder im Leitungszug
10 unterbrochen ist, so liegt am Leiter 8 der Außenleiter L und am Leiter 9 der
Neutralleiter N an. In der Wicklung 212 des Verbindungsleiters 12 kann dann ein
Strom vom Außenleiter zum Neutralleiter N fließen. Die Wicklung 211 steht jedoch
über den Verbindungsleiter 11 mit dem unterbrochenen Schutzleiter PE in Verbindung,
so daß kein Strom fließen kann. Die Erregung der weiteren Wicklung 212 ruft dann
einen magnetischen Fluß hervor, der durch die weitere Wicklung 211 nicht kompensiert
werden kann, so daß die Sekundärwicklung 113 auf den Auslöser 5 ein Auslösesignal
überträgt.
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7 Patentansprüche 2 Figuren