DE3836275A1

DE3836275A1 - Method for preventing an operating current from flowing through human bodies

Info

Publication number: DE3836275A1
Application number: DE19883836275
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Phys Melchior
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Germany; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AG Germany; ABB AB
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1990-04-26

Abstract

A method for preventing an operating current, e.g. the mains current, from flowing through a person, especially via the heart, with preferably simultaneous touching of in each case one phase conductor or of a phase conductor and the neutral conductor at an electrical connection point, is implemented in such a way that the connection is subjected to a measurement current whose intensity is harmless to people. The measurement current flowing through the person is detected and only when the flowing current exceeds a minimum value at particular minimum load is the full operating current of the connection switched on. In order to ascertain whether any current is flowing, a test current is used which automatically flows whenever a connection between the phase conductors or a phase conductor and the neutral conductor occurs. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbe griff des Anspruches 1.The invention relates to a method according to the Oberbe handle of claim 1.

In der Vergangenheit sind im wesentlichen zwei Schutzar ten zum Schutz gegen Schäden durch elektrischen Strom bekannt geworden. Zum einen ist zur Verhinderung eines Brandes aufgrund von Kurzschluß oder von Überstrom eine Schmelzsicherung bzw. ein Leitungsschutzschalter verwen det worden; und zum anderen sind Fehlerstromschutzschal ter bekannt geworden, mit denen Fehlerströme detektiert werden können, die beispielsweise dadurch entstehen kön nen, daß die Isolierung eines elektrischen Bauelementes innerhalb eines Gehäuses schadhaft wird, so daß ein Strom gegen Erde dann abfließen kann, wenn ein Mensch das Gehäuse berührt. In the past there were essentially two guards to protect against damage caused by electrical current known. For one, is to prevent one Fire due to short circuit or overcurrent Use a fuse or a circuit breaker det; and on the other are residual current protection scarf ter become known with which fault currents are detected that can arise, for example NEN that the insulation of an electrical component within a housing becomes defective, so that a Current can flow off to earth when a person touched the housing.

Wenn beispielsweise Kinder in elektrische Steckdosen hineinfassen oder elektrisch leitende Gegenstände hin einstecken, so daß dadurch ein elektrischer Strom über das Herz fließt, dann wird dies weder durch einen Lei tungsschutzschalter noch durch einen Fehlerstromschutz schalter detektiert, es sei denn, daß gleichzeitig auch Strom gegen Erde abfließen kann, was nicht der Fall zu sein braucht. Aus diesem Grunde sind sog. Kindersiche rungen vorgesehen worden, mit denen der Zugang zu Steck dosen mechanisch verhindert wird. Gleichwohl ist nicht zu vermeiden, daß Kinder diese Sicherungen überlisten.If, for example, children in electrical sockets reach inside or electrically conductive objects plug in, so that an electrical current the heart is flowing, then this will not be through a lei circuit breaker with a residual current device switch detected, unless at the same time Current can flow off to earth, which is not the case needs to be. For this reason, so-called child safety provisions have been made with which access to plug cans is prevented mechanically. Nevertheless is not to prevent children from outwitting these fuses.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem gesundheitliche Schäden bei direktem Anfassen von offenen Leitern oder von An schlußklemmen von elektrischen Anlagen verhindert werden können.The object of the invention is a method of the beginning Specify the type with which health damage when directly touching open ladders or contacts electrical terminals can be prevented can.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Bei der Erfindung macht man sich zunutze, daß dann, wenn Strom über den menschlichen Körper fließt, der Körper diesem Strom einen bestimmten Widerstand entgegensetzt, so daß ein bestimmter Spannungsabfall detektiert werden kann. Wenn dieser bestimmte Spannungsabfall oder ein bestimmter Mindeststrom nicht überschritten wird, dann wird der Betriebstrom nicht zugeschaltet; wenn dieser Mindeststrom überschritten wird, dann wird der Betriebs strom, d.h. der Netzstrom zugeschaltet.The invention makes use of the fact that when Electricity flows over the human body, the body opposes this current with a certain resistance, so that a certain voltage drop can be detected can. If this particular voltage drop or a certain minimum current is not exceeded, then the operating current is not switched on; if this Minimum current is exceeded, then the operation current, i.e. the mains current is switched on.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens besteht darin, daß mittels des Prüfstromes zunächst der Anschluß einer Last detektiert wird. Sodann erfolgt eine Stromerhöhung, und bei diesem höheren fließenden Meßstrom wird geprüft, ob ein bestimmter Mindeststrom wert überschritten ist. Wenn dies der Fall ist, dann wird erst der Betriebsstrom zugeschaltet. Dabei können der Prüfstrom einige µA und der eigentliche Meßstrom einige mA betragen.Another embodiment of the inventive method rens is that by means of the test current initially the connection of a load is detected. Then takes place a current increase, and at this higher flowing Measuring current is checked whether a certain minimum current value is exceeded. If so, then the operating current is only switched on. You can the test current a few µA and the actual measuring current be a few mA.

Zum Bestimmen, ob eine elektrische Last vorhanden ist oder nicht, kann Gleichstrom, ein mit definierten Prüf impulsen gepulster Strom oder ein Wechselstrom verwendet werden, dessen Frequenz nicht 50 Hz ist. Diese Meßströme können darüberhinaus auch dem Betriebsstrom überlagert sein, so daß auch unter Betriebsbedingungen ständiges bzw. zyklisches Messen der Last möglich ist.To determine if there is an electrical load or not, can direct current, one with defined test pulsed pulsed current or an alternating current is used whose frequency is not 50 Hz. These measuring currents can also be superimposed on the operating current be so that even under operating conditions or cyclical measurement of the load is possible.

Die Verwendung eines Gleichstromes nach Anspruch 3, zu mindest als Meßstrom, macht sich das spezielle Verhalten der elektrolytischen Potentiale der Zellflüssigkeit ei nes Lebewesens zunutze. Zweckmäßigerweise kann die Aus wertung bei veränderlichem Gleichstrom erfolgen, da hierbei bestimmte charakteristische Stromverläufe zu erwarten sind, die bei einem technischen Gerät nicht gegeben sind.The use of a direct current according to claim 3, too at least as a measuring current, the special behavior makes itself felt the electrolytic potentials of the cell fluid benefit of a living being. The expediently can with variable direct current, because certain characteristic current profiles are not expected with a technical device given are.

Bei Benutzung von Weschselstrom mit unterschiedlichen Frequenzen enstprechend den Merkmalen des Anspruches 4, gelangt man über eine Frequenzanalyse des durch den Kör per des betreffenden Lebewesens fließenden Stroms zu ei nem geeigneten Ergebnis. Ähnliches gilt auch bei Benut zung eines Impulsstromes mit unterschiedlichen Impulshö hen gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 5.When using alternating current with different Frequencies corresponding to the features of claim 4, one arrives at a frequency analysis of the by the body to the current of the living being in question a suitable result. The same applies to Benut generation of a pulse current with different pulse heights hen according to the characterizing features of the claim 5.

Praktisch das gleiche Verfahren kann auch dann verwendet werden, wenn die Steckdosen beispielsweise in Hotelzim mern für geringe Lasten ausgelegt sind. Derartige Lasten können beispielsweise der Rasierapparat, ein Taschen rechner sein; in diesem Fall wird dann, wenn ein Maxi malwert bei der Messung überschritten wird, die Last abgeschaltet. Dies ist auch dann der Fall, wenn die Lei tungen zu schwach dimensioniert sind.Virtually the same procedure can then be used be when the sockets in Hotelzim are designed for low loads. Such loads can, for example, the razor, a pocket be calculator; in this case, when a maxi the load is exceeded switched off. This is also the case when the Lei dimensions are too weak.

Es ist zwar bekannt geworden, dauernd eine Prüfspannung von 4 V innerhalb eines Installationsnetzes "auszusen den". Diese Prüfspannung dient aber lediglich zur Über prüfung, ob an irgendeiner Steckdose überhaupt eine Last hängt. Dann, wenn keine Last angeschlossen ist, wird das gesamte Netz freigeschaltet, um elektrische Streuwech selfelder abzuschalten, die die menschliche Gesundheit schädigen können. Ein Schutz gegen einen Stromschlag durch Berührung zweier Phasenleiter oder eines Phasen leiters und eines Nulleiters findet hier nicht statt. Dieser Schalter ist unter der Bezeichnung "Biologa- Schalter" bekannt geworden.It has become known that there is always a test voltage of 4 V within an installation network " den ". This test voltage is only used for over check whether there is a load at any socket hangs. Then if no load is connected, it will entire network unlocked to electrical spreading turn off selfelder that human health can damage. Protection against electric shock by touching two phase conductors or one phase conductor and a neutral conductor does not take place here. This switch is called "Biological Switch "became known.

Darüberhinaus ist auch ein sog. Endotron-Freischalter bekannt geworden, der überprüft, ob ein Verbraucher an das Netz geschaltet ist, der zwei und mehr Watt-Leistung aufnimmt. Bei mehr als 4 W schaltet der Freischalter das Netz zu; sobald kein Verbraucher mit mehr als 2 W vor handen ist, schaltet er ab. Wofür dieses Schaltgerät verwendet werden soll, ist nicht angegeben. Da aber ein Hinweis auf Phasenanschnittssteuerungen und Schlafräume angeben ist, ist anzunehmen, daß dieser Schalter zum gleichen Zweck wie der "Biologa-Schalter" eingesetzt werden soll, d.h. also, um zu vermeiden, daß die hohen, bei Phasenanschnittssteuerungen entstehenden Frequenzen von elektrischen Feldern, die bestimmte gesundheitliche Schädigungen mit sich bringen sollen, verhindert und vermieden werden. There is also a so-called Endotron switch become known who checks whether a consumer is the network is switched to the two and more wattage records. With more than 4 W the disconnector switches that Network too; as soon as no consumer with more than 2 W in front is present, it switches off. What this switchgear for is not to be used. But there is one Reference to leading edge controls and bedrooms is to be assumed that this switch for same purpose as the "Biologa switch" should be, i.e. so to avoid the high, frequencies arising in phase angle controls of electrical fields that certain health Should cause damage, prevent and be avoided.

Damit ein Prüfstrom überhaupt fließen kann, muß an den im Ruhezustand nicht verbundenen Kontakten, beispiels weise einer Steckdose, eine Spannung anstehen, die den Prüfstrom treibt. Wenn dann festgestellt wird, daß ein Prüfstrom fließt, dann wird die Stromerhöhung vorgenom men, so daß der Meßstrom fließt; damit kann dann detek tiert werden, ob ein technisches Gerät oder ein Lebewe sen, ein menschlicher oder tierischer Körper die An schlußkontakte berührt.So that a test current can flow at all, the contacts not connected in idle state, for example a socket, a voltage is present that the Test current drives. If it is found that a Test current flows, then the current increase is carried out men, so that the measuring current flows; so that detek be it whether a technical device or a living being sen, a human or animal body final contacts touched.

Für die Messung von Bedeutung ist das Verhalten des menschlichen Körpers bei Stromdurchfluß. Untersuchungen hierüber sind u.a. von Biegelmeier durchgeführt und ver öffentlicht worden (s. DE-Z EuM, Jahrgang 101, Heft 2 "Über den zusätzlichen Schutz bei direktem Berühren durch Fehlerstromschutzschalter" sowie Jahrgang 103, Heft 2 "Körperströme und Berührungsspannungen in der Badewan ne").The behavior of the is important for the measurement human body when current flows. Investigations this includes carried out by Biegelmeier and ver been published (see DE-Z EuM, Volume 101, Issue 2 "About the additional protection when touched directly by Residual current circuit breaker "as well as volume 103, issue 2 "Body currents and touch voltages in the bathtub ne ").

Die Erfindung ist nicht nur anwendbar, um eine bestimmte Mindeslast zu detektieren, sie kann auch dazu benutzt werden, um Maximallasten, z.B. Kurzschlüsse, zu erfassen und abzuschalten. Hierzu wird ein oberer Schwellwert festgelegt, der bei Fließen des Meßstromes erreicht wer den muß.The invention is not only applicable to a particular Detect minimum load, it can also be used to maximum loads, e.g. Short circuits, to detect and switch off. To do this, an upper threshold is used set who reached when the measuring current flows that must.

In der obigen Darstellung ist ausgeführt worden, daß die Detektierung, ob an die elektrischen Anschlußstellen ein menschlicher Körper anfaßt oder nicht, bestimmte einzel ne Maßnahmen getroffen werden, in dem der Meßstrom ent weder als Gleichstrom, als Wechselstrom mit bestimmter erhöhter Frequenz oder als Impulsstrom ausgebildet ist. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, alle diese Maßnahmen gleichzeitig oder innerhalb einer bestimmten Zeitdauer hintereinander durchzuführen, weil es sich als nicht sehr bedeutungsvoll herausstellt, ob das Einschal ten einer elektrischen Glühlampe sich um eine halbe Se kunde verzögert oder nicht. Bestimmte technische Geräte, bei denen ein Anwärmvorgang stattfindet, haben eine der artige Verzögerung bei der Inbetriebsetzung, ohne daß eine derartige Verzögerung stört; aus diesem Grunde dürfte auch im übrigen Haushaltsbereich ein Problem mit einer solchen Verzögerung nicht gesehen werden können.In the above illustration it has been stated that the Detection of whether at the electrical connection points human body touches or not, certain individual ne measures are taken in which the measuring current ent neither as direct current, as alternating current with certain increased frequency or as a pulse current. Of course there is a possibility of all of these Measures simultaneously or within a certain Period in succession because it turns out to be not very meaningful if the scarf of an electric light bulb by half a lake customer delayed or not. Certain technical devices, where there is a heating process have one of the like delay in commissioning without such a delay bothers; For this reason is also likely to be a problem in the rest of the household sector such a delay cannot be seen.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist, sollen die Er findung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und be schrieben werden.Using the drawing in which an embodiment a circuit arrangement for performing the inventions The method according to the invention is shown, the Er invention and other advantageous embodiments and Improvements of the invention explained and be be written.

Es zeigt:It shows:

die einzige Figur eine Schaltungsanordnung zur Durch führung des erfindungsgemäßen Ver fahrens.the only figure is a circuit arrangement for through leadership of the inventive Ver driving.

In einer Phasenleitung 10 befindet sich ein Schaltgerät 11, das mittels einer Detektionsschaltung 12 über eine Leitung 13 angesteuert wird. Diese Detektionsschaltung wird über eine Leitung 21 gespeist und besitzt einen zwischen Last und einem Prüfstromerzeuger 17 bzw. einem Meßstromerzeuger 18 geschalteten Widerstand 15, dessen Spannungsabfall mittels eines Operationsverstärkers 16 gemessen wird. Hier findet eine Differenzmessung statt. Der Strom, der durch den Widerstand 15 fließt, ist ein mittels des Prüfstromerzeugers 17 erzeugter Prüfstrom bzw. ein mittels des Meßstromerzeugers 18 erzeugter Meß strom. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 16 wird einerseits einem Komparator 19 und andererseits einem Fensterdiskriminator 20 zugeführt; der Komparator 19 steuert einerseits den Meßstromerzeuger 18 und ande rerseits den Fensterdiskriminator 21 an, der je nach bei der Differenzmessung durch den Operationsverstärker 16 gemessenen Spannung über die Leitung 13 den Schalter 11 ansteuert.A switching device 11 is located in a phase line 10 and is controlled by means of a detection circuit 12 via a line 13 . This detection circuit is fed via a line 21 and has a resistor 15 connected between the load and a test current generator 17 or a measuring current generator 18 , the voltage drop of which is measured by means of an operational amplifier 16 . A difference measurement takes place here. The current flowing through the resistor 15 is a test current generated by the test current generator 17 or a measurement current generated by the measuring current generator 18 . The output signal of the operational amplifier 16 is supplied on the one hand to a comparator 19 and on the other hand to a window discriminator 20 ; the comparator 19 controls on the one hand the measuring current generator 18 and on the other hand the window discriminator 21 which, depending on the voltage measured by the operational amplifier 16 via the line 13, controls the switch 11 .

Claims

1. A method for preventing the flow of an operating current, for example the mains current, in particular via the heart of a person, preferably with simultaneous direct contact with one phase conductor or one phase conductor and the neutral conductor at an electrical connection point, preferably a socket, for example with each one hand, characterized in that the circuit is acted upon with a measuring current, the level of which is harmless to humans, that the flowing measuring current is detected and the full operating current is switched to the connection only when a minimum value of the flowing current is exceeded at a certain minimum load .

2. The method according to claim 1, characterized in net that first by means of a small test current in Height of a few µA the presence of a load detek is tiert and that then the increased, for measuring the Load serving measuring current is switched on.

3. The method according to any one of the preceding claims, since characterized in that the test current and / the measuring current is a direct current.

4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the measuring current and / or the Test current with pulsating or alternating current different frequencies, which is significantly different from distinguish the frequency of the operating current.

5. The method according to claim 3, characterized in net that the measuring current as pulse current with differentiated union pulse heights is formed.

6. The method according to any one of the preceding claims, since characterized in that the voltage of the measuring current and / or the test current is at most 50 V.