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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Fehlerstromschutzschalter mit Schutzfunktionen gegen Überstrom
und Erdschluß,
der sich insbesondere für Niederspannungs-Energieverteileranlagen
eignet. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
eine Schutzeinrichtung, die ermöglicht,
daß eine
Erdschluß-Detektorschaltung
vom Hauptstromkreis der Energieverteileranlage zum Zwecke der Durchführung eines
Tests der dielektrischen Festigkeit des Fehlerstromschutzschalters
getrennt wird.
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Als herkömmliche Einrichtung zum Schutz von
Niederspannungs-Energieverteileranlagen sind Leitungsschutzschalter
und Fehlerstromschutzschalter bekannt. Fehlerstromschutzschalter,
die momentan auf dem Inlandsmarkt angeboten werden, beinhalten üblicherweise
Schutzfunktionen gegen Überstrom
und Erdschluß.
Gemäß den letzten
Trends bei Fehlerstromschutzschaltern, die einfache Handhabung bei
den Kunden zu fördern,
werden in Hauptgehäusen
identischer Größe Leitungsschutzschalter oder
Fehlerstromschutzschalter mit identischem Rahmen eingebaut, und
die meisten der neuesten Fehlerstromschutzschalter sind mit Hauptkomponenten
versehen, die miteinander kompatibel sind. Vergleiche hierzu die
JP 3246562 B2 .
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Zur flexiblen Handhabung einer Vielfalt
von Systemen zum Schutz von Energieverteilungsanlagen, ist es allgemein üblich geworden,
Leitungsschutzschalter und Fehlerstromschutzschalter mit einer Vielzahl
von Zusatzteilen wie einem Hilfsschalter, einem Alarmschalter, einer Überspannungsauslöseeinrichtung,
einer Unterspannungsauslöseeinrichtung
und dergleichen zu versehen. Näheres
dazu ergibt sich aus der
JP
3097368 B2 .
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Ein typisches Schaltbild eines herkömmlichen
Dreiphasen-Fehlerstromschutzschalters ist in 7 gezeigt, während 8 seinen mechanischen Aufbau veranschaulicht.
In 7 bezeichnet die
Bezugszahl 1 einen Hauptstromkreis mit den Phasen R, S
und T. Die Bezugszahl 2 bezeichnet Hauptschaltkontakte.
Die Bezugszahl 3 bezeichnet ein Schaltschloß für die Hauptschaltkontakte 2.
Die Bezugszahl 4 bezeichnet einen Schalthebel. Die Bezugszahl 5 bezeichnet
eine thermisch oder elektromagnetisch auslösbare Überstromauslöseeinrichtung,
die einen Überstrom
oder einen Kurzschlußstrom
erfaßt
und daraufhin das Schaltschloß zur
Durchführung
eines Auslösevorgangs
veranlaßt.
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Eine Fehlerstromauslöseeinrichtung
ist ebenfalls vorgesehen, um das Auftreten einen Erdschlusses in
der Energieverteilungsanlage zu erfassen und daraufhin das Schaltschloß zu veranlassen, einen
Auslösevorgang
auszuführen.
Die Fehlerstromauslöseeinrichtung
umfaßt
folgendes: einen Nullphasen-Stromtransformator 6, der ein
Stromungleichgewicht im Hauptstromkreis 1 erfaßt und die Phasen
R, S und T des Hauptstromkreises 1 als Primärwicklungen
nutzt; eine Erdschluß-Detektor schaltung 7 (die
aus einer elektronischen Schaltung mit einem IC besteht), die das
Auftreten eines Erdschlusses anhand des Ausgangspegels einer Sekundärwicklung
des Stromtransformators 6 erfaßt; und eine Auslösespuleneinheit 8,
die das Schaltschloß veranlaßt, einen
Auslösevorgang
auszuführen,
wenn sie ein Ausgangssignal von der Erdschluß-Detektorschaltung 7 empfängt. Ihre
Speisespannung erhält die
Erdschluß-Detektorschaltung 7 von
einer mit der Leiterspannung (Zwischenphasenspannung) des Hauptstromkreises 1 beaufschlagten
Stromversorgungsleitung 9 über eine Gleichrichterschaltung 10, die
sich zwischen dem Hauptstromkreis 1 und der Erdschluß-Detektorschaltung 7 befindet.
In der beispielhaften Darstellung wird die Leiterspannung zwischen
den Phasen R und T des Hauptstromkreises 1 an die Erdschluß-Detektorschaltung 7 geliefert.
Es gibt jedoch auch Fälle,
bei denen Spannungen der Phasen R, T und S zu einer Gleichspannung
umgesetzt werden, und dann diese an die Erdschluß-Detektorschaltung 7 geliefert
wird.
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In 8 bezeichnet 11 ein
Hauptgehäuse, das
sich aus einem unteren Gehäuseteil 11a und
einem oberen Gehäuseteil 11b zusammensetzt.
Die Bezugszahlen 12 und 13 bezeichnen eine Anschlußklemme
(Schraubanschlußklemme)
für den
Hauptstromkreis auf der Speiseseite bzw. auf der Lastseite. Die
Bezugszahl 14 bezeichnet einen festen Kontakt der Hauptschaltkontakte,
der mit der Anschlußklemme 12 verbunden
ist. Die Bezugszahl 15 bezeichnet einen beweglichen Kontakt.
Die Bezugszahl 16 bezeichnet einen drehbaren Kontakthalter,
der den beweglichen Kontakt 15 trägt. Die Bezugszahl 17 bezeichnet
eine Funkenlöscheinrichtung.
Das Schaltschloß 3 umfaßt in bekannter
Weise eine Baugruppe aus einem Kniehebelmechanismus mit einem Kniehebel 3a,
der den Kontakthalter 16 mit dem Schalthebel 4 verbindet,
einer Schaltfeder 3b und einem Verriegelungsmechanismus
mit einer Baugruppe aus einer Verriegelungseinheit 18,
einem Verriegelungsgegenstück
(Verriegelungsempfänger) 19 und
einer Auslösequerstange 20.
Die Überstromauslöseeinrichtung 5 und
ein Betätigungsendabschnitt
einer Auslösespuleneinheit 8 (in 7 gezeigt) sind jeweils
gegenüber
der Auslösequerstange 20 angeordnet.
Der in 8 gezeigte Verriegelungsmechanismus
stellt lediglich ein Beispiel einer Vielzahl bekannter Verriegelungsmechanismen
dar.
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Obwohl in 8 nicht erkennbar, befinden sich zwischen
dem unteren Gehäuseteil 11a und
dem oberen Gehäuseteil 11b innerhalb
des Hauptgehäuses 11 Phasentrennwände, durch
die die einzelnen Komponenten jeweils einer der Phasen, die in das Hauptgehäuse eingebaut
sind, von denen der anderen Phasen isoliert werden. Die Erdschluß-Detektorschaltung 7,
die in 7 gezeigt ist,
ist an einer gedruckten Leiterplatte befestigt, die in das Hauptgehäuse 11 eingebaut
ist. Die Stromversorgungsleitung 9 zwischen dem Hauptstromkreis 1 und
der Erdschluß-Detektorschaltung 7 ist
mit der Leiterplatte verlötet
oder mittels Schrauben verbunden. In ähnlicher Weise sind die Leitungsdrähte für die in
Reihe mit den einzelnen Phasen des Hauptstromkreises 1 geschaltete Überstromauslöseeinrichtung 5,
die Leitungsdrähte,
die die Sekundärseite
des Stromtransformators 6 mit der Erdschluß-Detektorschaltung 7 verbinden,
und die Leitungsdrähte,
die die Erdschluß-Detektorschaltung 7 mit
der Auslösespuleneinheit 8 verbinden,
jeweils innerhalb des Hauptgehäuses 11 untergebracht.
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Wenn bei dieser Ausgestaltung der
Schalthebel 4 in die Aus- bzw. die Ein-Stellung bewegt
wird, kehrt sich jeweils der Zustand des Kniehebelmechanismus des
Schaltschlosses 3 in Verbindung mit der Schaltbewegung
des Schalthebels 4 um, wodurch der bewegliche Kontakt 15 vom
festen Kontakt
14 entfernt bzw. mit ihm in Kontakt gebracht
wird. Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist, während die Hauptschaltkontakte
eingeschaltet sind, die Verriegelungseinheit 18 im Eingriff
mit dem Verriegelungsgegenstück 19,
wobei letzteres selbst von der Auslösequerstange 20 in
dieser Position gehalten wird. Wenn in diesem Zustand ein Überstrom
oder ein Kurzschlußstrom
in dem Hauptstromkreis 1 auftritt, wird die Überstromauslöseeinrichtung 5 aktiviert.
Als Reaktion darauf dreht sich die Auslösequerstange 20 im Gegenuhrzeigersinn
und bewirkt, daß das
Verriegelungsgegenstück 19 und
die Verriegelungseinheit 18 außer Eingriff miteinander gelangen.
Dies hat zur Folge, daß das
Schaltschloß 3 einen
Auslösevorgang
ausführt,
der bewirkt, daß der
bewegliche Kontakt 15 von dem festen Kontakt 14 getrennt
wird und damit der Stromfluß im
Hauptstromkreis unterbrochen wird. In ähnlicher Weise wird bei einem
Erdschlußstrom
(Fehlerstrom) des in 7 gezeigten Hauptstromkreises 1 die
Auslösespuleneinheit 8 der Fehlerstromauslöseeinrichtung
aktiviert und treibt die Auslösequerstange 20 in
eine Auslöseposition.
Als Reaktion darauf führt
das Schaltschloß 3 einen
Auslösevorgang
aus, der bewirkt, daß der
bewegliche Kontakt 15 vom festen Kontakt 14 getrennt
wird und damit der Stromfluß im
Hauptstromkreis 1 unterbrochen wird. Damit nach einem Auslösevorgang
der Schalter wieder reaktiviert wird, muß der Schalthebel 4,
der an der Auslöseposition
zu stehen gekommen ist, in die Rücksetzposition,
ein wenig jenseits der Ausschaltposition gebracht werden, um den
Verriegelungsmechanismus zurückzusetzen.
Wenn dann der Schalthebel 4 von der Aus-Stellung in die Ein-Stellung
bewegt wird, werden die Hauptschaltkontakte 14, 15 geschlossen.
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Damit die Sicherheit der oben beschriebenen
Fehlerstromschutzschalter gewährleistet
ist, müssen
sie durch jeweilige Standards vorgegebene Anforderungen an die dielektrische
Festigkeit (Spannungsfestigkeit) erfüllen. Damit dies sichergestellt wird,
ist es zwingende Vorschrift, daß einzelne
Produkte einem Test unterzogen werden, durch den bestätigt werden
soll, daß niemals
ein dielektrischer Durchbruch auftreten kann. Entsprechend dem durch die
jeweiligen Standards vorgegebenen Testverfahren wird dieser Test
der dielektrischen Festigkeit durch Anlegen einer vorgeschriebenen
Testspannung zwischen den Anschlußklemmen der einzelnen Phasen
für den
Hauptstromkreis ausgeführt,
wobei die Testspannung nach Maßgabe
der Nennspannung des Fehlerstromschutzschalters bestimmt wird. Beispielsweise
muß beim
japanischen Standard eine Testspannung von 2500 V an einen Fehlstromsschutzschalter
mit einer Nennspannung von 300 – 600
V angelegt werden.
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In Japan wird dieser Test der dielektrischen Festigkeit
im wesentlichen von den einzelnen Herstellern vor Auslieferung der
Fehlerstromschutzschalter von den Fabriken durchgeführt. Wenn
dabei die Erdschluß-Detektorschaltung
(die einen IC enthält)
mit dem Hauptstromkreis verbunden bleibt, während die hohe Testspannung
zwischen den Phasen angelegt wird, wie dies beim fertig montierten Fehlerstromschutzschalter
der Fall wäre,
wird die Erdschluß-Detektorschaltung
von dieser hohen Spannung zerstört.
Aus diesem Grund ist es üblich, den
dielektrischen Festigkeitstest in einem Zustand auszuführen, bei
dem die Stromversorgungsleitung von der Erdschluß-Detektorschaltung abgeklemmt ist.
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Anders als die übliche Inlandspraxis bei der Handhabung
von Fehlerstromschutzschaltern, ist es in europäischen Ländern und in den Vereinigten Staaten üblich, eine
Fehlerstrom-Detektoreinheit (bestehend aus einem Nullphasen-Stromtransformator und
einer Erdschluß-Detektorschaltung
etc.) mit speziellen Strukturen als integrierte Einheit in Kombination
mit einem Leitungsschutzschalter vorzusehen. Aus diesem Grund ist
es in Überseeländern üblich, daß Servicepersonal
für Energieverteileranlagen
einen dielektrischen Festigkeitstest am Ort des Benutzers in dem
Zustand durchführt,
in dem die Fehlerstrom-Detektoreinheit an dem Leitungsschutzschalter
befestigt ist. Damit der dielektrische Festigkeitstest in Überseeländern in
kompatibler Weise durchgeführt
werden kann, wird folgendes ausgeführt: Die Fehlerstrom-Detektoreinheit
ist mit einem Druckknopfschalter für den Test der dielektrischen
Festigkeit ausgestattet. Dieser Schalter wird betätigt, wodurch
die Erdschluß-Detektorschaltung
während
des dielektrischen Festigkeitstests von dem Hauptstromkreis getrennt
wird. Nach dem Test wird dieser Testschalter erneut betätigt, wodurch
die Erdschluß-Detektorschaltung
wieder mit dem Hauptstromkreis verbunden wird. Dadurch wird der
normale Gebrauchszustand wieder hergestellt. In diesem Zusammenhang
wird auf die US 2001/0022713 A1 verwiesen.
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Es gibt immer noch einen Vielfalt
technischer Probleme mit den oben beschriebenen herkömmlichen
Fehlerstromschutzschaltern im Hinblick auf die Eignung für einen
Test der dielektrischen Festigkeit. Diese Probleme sind unter anderem
folgende:
- (1) Wie beispielsweise in 8 gezeigt liefern inländische
Hersteller normalerweise Leitungsschutzschalter als Exportprodukte,
die jeweils ein Hauptgehäuse
umfassen, welches eine Fehlerstromauslöseeinrichtung mit Komponenten
des Leitungsschutzschalters und der Erdschluß-Detektorschaltung beinhaltet.
Bei Ankunft an Zielen in Übersee
müssen
zur Durchführung
des Tests der dielektrischen Festigkeit die Tester die externe Abdeckung
von dem Hauptgehäuse
abnehmen und dann die Erdschluß-Detektorschaltung
vom Hauptstromkreis abtrennen, indem provisorisch Lötstellen
der Stromversorgungsleitung zwischen der Erdschluß-Detektorschaltung
und dem Hauptsschaltungskreis entfernt werden oder verschraubte
Verbindungen gelöst
werden, was einen erheblichen Arbeitsaufwand zur Vorbereitung des
dielektrischen Festigkeitstests erfordert.
- (2) Bei der Ausgestaltung der aus der US 200110022713 A1 bekannten
Fehlerstrom-Detektoreinheit wird, wenn der Testschalter für den dielektrischen
Test, der sich in der Fehlerstrom-Detektoreinheit befindet, zur
Durchführung
des dielektrischen Festigkeitstests ausgeschaltet wird, die Erdschluß-Detektorschaltung
von dem Hauptstromkreis getrennt, wobei gleichzeitig der Leitungsschutzschalter
einen Auslösevorgang
ausführt
und dadurch die Hauptschaltkontakte geöffnet werden. Dementsprechend
ist es möglich,
sicher den Test der dielektrischen Festigkeit auszuführen, da
die Erdschluß-Detektorschaltung
von dem Hauptstromkreis getrennt ist. Allerdings ist dieser Testschalter
nicht mit dem Öffnungs/Schließvorgang
des Leitungsschutzschalters gekoppelt, sondern so ausgebildet, daß zur Wiederherstellung
des Einschaltzustandes auf einen Knopf des Testschalters gedrückt werden muß. Wenn
nach Abschluß des
Tests der dielektrischen Festigkeit der Testschalter nicht wieder eingeschaltet
wird, können
die Hauptschaltkontakte manuell mit Hilfe des Schalthebels eingeschaltet
werden, der für
den Leitungsschutzschalter vorgesehen ist. Wenn also vergessen wird, den
Testschalter wieder einzuschalten, nachdem der Test beendet ist,
kann es vorkommen, daß der Tester
oder die Bedienungsperson die Hauptschaltkontakte mittels des Schalthebels
manuell einschaltet und den Leitungsschutzschalter in den Betriebszustand
versetzt. In diesem Fall würde die
Erdschluß-Detektorschaltung
vom Hauptstromkreis isoliert bleiben und damit die Fehlerstromschutzfunktion
wirkungslos werden.
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Angesichts dieser Verhältnisse
besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten
Fehlerstromschutzschalter zu schaffen, der die sichere Durchführung eines
Tests der dielektrischen Festigkeit durch Trennen der Erdschluß-Detektorschaltung
vom Hauptstromkreis auf einfache Weise ermöglicht, selbst wenn der Test
der dielektrischen Festigkeit nach Auslieferung des fertiggestellten
Fehlerstromschutzschalters, der Komponenten eines Leitungsschutzschalters,
einer Erdschluß-Detektorschaltung
sowie von Überstromauslöseeinrichtungen
beinhaltet, die gemäß Darstellung
in 8 in einem Gehäuse zusammengebaut
sind, von Benutzern durchgeführt
wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Fehlerstromschutzschalter gemäß Patentanspruch
1 bzw. Patentanspruch 3 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Wenn bei dem beanspruchten Fehlerstromschutzschalter
die Hauptschaltkontakte durch Betätigen eines Schalthebels (oder
Schaltknopfs) vor Durchführung
eines Tests der dielektrischen Festigkeit geöffnet werden, führt dies
gleichzeitig zum automatischen Öffnen
des Testschalters, wodurch die Speisestromkreis über die Stromversorgungsleitung vom
Hauptstromkreis zur Erdschluß-Detektorschaltung
unterbrochen wird. Demzufolge kann vor Durchführung des Tests der dielektrischen
Festigkeit auf mühsame
Vorbereitungsarbeit verzichtet werden, die anderenfalls durchgeführt werden
müßte, um
die äußere Abdeckung
des Fehlerstromschutzschalters zu entfernen und Lötstellen
der Verdrahtung innerhalb der Erdschluß-Detektorschaltung zu lösen, um
damit eine sichere Durchführung
des Tests der dielektrischen Festigkeit zu ermöglichen, nachdem die Erdschluß-Detektorschaltung
sicher vor der hohen Testspannung zwischen den Phasen des Hauptstromkreises
geschützt
wurde. Wenn nach Abschluß des Tests
der dielektrischen Festigkeit die Hauptschaltkontakte manuell durch
Betätigen
des Schalthebels (oder Schaltknopfs) geschlossen werden, wird der Testschalter
gleichzeitig in den Einschaltzustand zurückgebracht, wodurch der Speisestromkreis
für die Erdschluß-Detektorschaltung
in den elektrisch leitenden Zustand zurückversetzt wird.
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Wenn ein Hilfsschalter an dem Fehlerstromschutzschalter
angebracht ist und mit der Stromversorgungsleitung zwischen dem
Hauptstromkreis und der Erdschluß-Detektorschaltung verbunden
ist, kann der Fehlerstromschutzschalter ohne wesentliche Modifikation
an ihm selbst für
den Test der dielektrischen Festigkeit kompatibel gemacht werden.
Man beachte, daß die
ursprüngliche
Funktion des Hilfsschalters darin besteht, den tatsächlichen
EinschalUAusschaltzustand der Hauptschaltkontakte des Fehlerstromschutzschalters
in Form eines elektrischen Signals auszugeben.
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Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch
3 ist im Hauptgehäuse
ein manuell betätigbarer
Testschalter für
den dielektrischen Festigkeitstest vorgesehen, der dazu verwendbar
ist, den Speisestromkreis über
die mit der Erdschluß-Detektorschaltung verbundene
Stromversorgungsleitung zu öffnen
und zu schließen.
Anfänglich
ist der Testschalter mit dem Schaltschloß für die Hauptschaltkontakte gekoppelt und
bewirkt dann einen Auslösevorgang
in Verbindung mit einer Ausschaltbetätigung des Testschalters, so
daß die
Hauptschaltkontakte geöffnet
werden. Alternative Möglichkeiten
der Verwirklichung dieses Ausführungsbeispiels
werden nachfolgend beschrieben.
- (1) Zunächst wird
ein Aktuator, der in der Lage ist, entsprechend den Ein/Aus-Betätigungen
des Testschalters zu arbeiten, mit diesem Testschalter verbunden.
Dann wird der Aktuator mit einer Auslösequerstange des Schaltschlosses
für die Hauptschaltkontakte
gekoppelt. Als nächstes
wird auf der Basis einer Ausschaltbetätigung des Testschalters die
Auslösequerstange
in eine Verriegelungsfreigabeposition gebracht, die das Schaltschloß veranlaßt, einen
Auslösevorgang
auszuführen.
Gleichzeitig wird die Auslösequerstange an
der Verriegiungsfreigabesteilung gehalten, um zu verhindern, daß die Hauptschaltkontakte
wieder eingeschaltet werden können.
Erst als Antwort auf die Betätigung
des Testschalters, durch die dieser in den Einschaltzustand zurückgebracht
wird, wird die Auslösequerstange
aus dieser Lage befreit. Erst danach lassen sich also die Hauptschaltkontakte
wieder einschalten.
- (2) Zunächst
wird ein Aktuator, der in der Lage ist, entsprechend den Einschalt/Ausschalt-Betätigungen
des Testschalters zu arbeiten, mit diesem Testschalter verbunden.
Dann wird der Aktuator mit einer Auslösequerstange des Schaltschlosses für die Hauptschaltkontakte
gekoppelt. Als nächstes
wird auf der Grundlage einer Ausschaltbetätigung des Testschalters die
Auslösequerstange
in eine Verriegelungsfreigabeposition gebracht, aufgrund deren das
Schaltschloß einen
Auslösevorgang
ausführt.
Indem dann eine manuelle Rücksetzbetätigung des
Schalthebels oder Schaltknopfs ausgeführt wird, wird die Auslösequerstange
in eine Verriegelungssperrposition gebracht, um den Verriegelungsmechanismus
zurückzusetzen.
Gleichzeitig wird der Testschalter über die Auslösequerstange
in den Einschaltzustand zurückversetzt.
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Wenn bei dieser Ausgestaltung der
Testschalter zur Durchführung
des Tests der dielektrischen Festigkeit ausgeschaltet wird, wird
die Erdschluß-Detektorschaltung
von dem Hauptstromkreis isoliert, wobei gleichzeitig das Schaltschloß veranlaßt wird,
in Verbindung mit der Ausschaltbetätigung des Testschalters einen
Auslösevorgang
auszuführen,
der die Hauptschaltkontakte öffnet.
Dies schließt die
Vorbereitung des Fehlerstromschutzschalters für die Durchführung des
Tests der dielektrischen Festigkeit ab, so daß dieser Test sicher in einem
Zustand ausgeführt
werden kann, wo die Erdschluß-Detektorschaltung
von dem Hauptstromkreis isoliert ist.
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Solange der Testschalter ausgeschaltet bleibt,
befindet sich die Auslösequerstange
an der Verriegelungsfreigabeposition. Wenn danach der Schalthebel
oder Schaltknopf in die Einschaltposition bewegt wird, um die Hauptschaltkontakte
zu schließen,
ohne daß der
Testschalter in den Einschaltzustand zurückgebracht wurde, können die
Hauptschaltkontakte nicht geschlossen werden, da der Verriegelungsmechanismus
nicht zurückgesetzt
werden kann. Deshalb kann vermieden werden, daß der Leitungsschutzschalter
durch Schließen
der Hauptschaltkontakte in den Betriebszustand zurückgebracht
wird, während
die Erdschluß-Detektorschaltung
von dem Hauptstromkreis isoliert bleibt, weil die Bedienungsperson
vergessen hat den Testschalter nach Abschluß des Test der dielektrischen
Festigkeit wird einzuschalten.
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Das Zurücksetzen des Verriegelungsmechanismus
durch Invertieren der Auslösequerstange durch
Zurücksetzen
des Schalthebels bei gleichzeitiger Kopplung mit dem Testschalter,
um dessen Einschaltzustand über
die Auslösequerstange
zu bewirken, stellt ebenfalls sicher, daß Testschalter nach Abschluß des Tests
der dielektrischen Festigkeit wieder eingeschaltet wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm des Schaltungsaufbaus eines Fehlerstromschutzschalters
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
perspektivische Gesamtansicht des internen Mechanismus des Fehlerstromschutzschalters
des ersten Ausführungsbeispiels,
bei dem ein Hilfsschalter als der in 1 gezeigte
Testschalter verwendet wird.,
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3 Funktionszustände des
Hilfsschalters von 2,
wobei (a) den Einschaltzustand der Hauptschaltkontakte zeigt und
(b) den Ausschaltzustand zeigt,
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4 eine
perspektivische Explosionsdarstellung des gesamten Fehlerstromschutzschalters eines
zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung, bei der ein manuell betätigbarer Schalter als der in 1 gezeigte Testschalter
verwendet wird,
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5 Strukturansichten
des Testschalters von 4,
wobei (a) eine perspektivische Ansicht im montierten Zustand ist
und (b) eine perspektivische Explosionsdarstellung des in (a) gezeigten
Aufbaus ist,
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6 die
Kopplung des Testschalters von 5 mit
dem Schaltschloß des
Fehlerstromschutzschalters, wobei (a) den Einschaltzustand des Testschalters
zeigt und (b) den Ausschaltzustand zeigt,
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7 ein
schematisches Blockdiagramm des Schaltungsaufbaus eines herkömmlichen
Fehlerstromschutzschalters, auf den die vorliegende Erfindung angewendet
wird, und
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8 eine
Querschnittsansicht des Fehlerstromschutzschalters von 7.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. Elemente die
solchen in den 7 und 8 entsprechen, sind mit denselben
Bezugszahlen versehen und werden nicht noch einmal detailliert erläutert.
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Ausführungsbeispiel 1
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Die 1 bis 3 zeigen die praktische Ausgestaltung
eines Ausführungsbeispiels
entsprechend den Ansprüchen
1 und 2. Grundsätzlich
besteht der Fehlerstromschutzschalter dieses Ausführungs beispiels
der 1 bis 3 aus einem Aufbau, der mit
dem des herkömmlichen
Fehlerstromschutzschalters der 7 und 8 im wesentlichen identisch
ist. Wie sich jedoch aus dem Schaltungsdiagramm in 1 ergibt, ist zusätzlich zu dem Speisestromkreis
für die Erdschluß-Detektorschaltung 7,
der eine Stromversorgungsleitung 9 zwischen den Hauptstromkreis 1 und
die Erdschluß-Detektorschaltung 7 umfaßt, ein Testschalter 21 zwischen
ihnen vorgesehen. Der Testschalter 21 dient dazu, in Kopplung
mit der Öffnungs-
und Schließbetätigung der
Hauptschaltkontakte 2 ausbzw. eingeschaltet zu werden.
Wie nachfolgend beschrieben, ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein am Hauptgehäuse 11 montierter
Hilfsschalter als Zusatzeinrichtung für den Fehlerstromschutzschalter
vorgesehen. Im beispielhaften Fall sind drei Stromversorgungsleitungen 9 entsprechend
den Phasen R, S und T zwischen dem Hauptstromkreis 1 und
der Erdschluß-Detektorschaltung 7 vorgesehen und
dienen zur Umsetzung des Dreiphasenstroms zu einem Gleichstrom mit
Hilfe einer dreiphasigen Brückengleichrichterschaltung 10,
die Gleichstrom an die Erdschluß-Detektorschaltung 7 liefert.
Der Testschalter 21 ist mit drei Schaltkontakten (drei
Mikroschaltern) ausgestattet, die jeweils einer der Stromversorgungsleitungen 9 zugeordnet
sind.
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In 1 ist
der Testschalter 21 mit drei Schaltkontakten entsprechend
den drei Stromversorgungsleitungen 9 der Phasen R, S und
T ausgestattet. Es ist aber auch möglich, zwei Schaltkontakte entsprechend
zwei der drei Phasen vorzusehen. Im Fall der Verwendung von zwei
Phasen zur Stromversorgung für
die Erdschluß-Detektorschaltung über zwei
Stromversorgungsleitungen 9 zwischen dem Hauptstromkreis 1 und
der Erdschluß-Detektorschaltung 7 gemäß Darstellung
in 7, braucht der Testschalter 21 nur
mit zwei Schaltkontakten oder auch nur mit einem Schaltkontakt für die Phase
R oder die Phase T versehen zu werden.
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2 ist
eine perspektivischen Explosionsdarstellung des Leitungsschutzschalters,
bei dem das obere Gehäuseteil
abgenommen ist, wobei ein als Testschalter
21 dienender
Hilfsschalter an dem Leitungsschutzschalter angebracht ist. Der
Hilfsschalter
22 ist lösbar
am Hauptgehäuse
anbringbar, und zwar in einem Installationsraum für Zusatzelemente
seitlich des Schalthebels
4, so daß er installiert und entfernt
werden kann (siehe
JP 3097368 B2 ).
Der Hilfsschalter
22 ist mit drei Mikroschaltern entsprechend
den drei Schaltkontakten des Testschalters
21 von
1 versehen. Diese Mikroschalter
führen
jeweils Einschalt/Ausschaltvorgänge
entsprechend den Öffnungs-
und Schließbetätigungen der
Hauptschaltkontakte aus, wie nachfolgend beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf die 3(a) und (b) werden
nun das Schaltschloß und
die Betätigung
des Hilfsschalters 22 (der als Testschalter 21 arbeitet)
beschrieben. Um den Betätigungsendabschnitt
des Hilfsschalters 22 mit dem Kontakthalter 16 des
beweglichen Kontakts 15 zu koppeln ist gemäß Darstellung
in 3 der Hilfsschalter 22 mit
einem hebelartigen Aktuator 23 versehen, der um eine Achse 23a schwingen
kann, wobei der vordere Abschnitt des Aktuators 23 dem
Kontakthalter 16 gegenüberliegt.
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3(a) zeigt
den geschlossenen Zustand der Hauptschaltkontakte 1 (siehe 1), wo ein Kontaktstück 15a des
beweglichen Kontakts 15 in Kontakt mit einem Kontaktstück 14a des
festen Kontakts 14 ist. In diesem geschlossenen Zustand
ist der Aktuator 23 vom Kontakthalter 16 entfernt, und
die einzelnen Mikroschalter des Hilfsschalters 22 sind
jeweils eingeschaltet, so daß die Stromversorgung
für die
Erdschluß-Detektorschaltung 7,
die in 1 gezeigt ist,
eingeschaltet ist.
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Damit die Hauptschaltkontakte aus
dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand gebracht werden,
bevor ein Test der dielektrischen Festigkeit ausgeführt wird,
wenn der Schalthebel 4 aus der Einschaltstellung in die
Ausschaltstellung gebracht wird, wie dies unter Bezugnahme auf 7 beschrieben wurde, wird
der Kniehebelmechanismus des Schaltschlosses 3 umgekehrt
betätigt
und bewirkt, daß der
bewegliche Kontakt 15 vom festen Kontakt 14 entfernt
wird. Zugleich stößt der hintere Endabschnitt
des Kontakthalters 16 gegen den Aktuator 23 in
Kopplung mit der Rückkehrbewegung
des Schaltschlosses 3. Daraufhin wird der Aktuator 23 im Gegenuhrzeigersinn
gedreht, bevor er außer
Eingriff mit dem Hilfsschalter 22 kommt. Als Reaktion auf
diesen Vorgang werden die Mikroschalter des Hilfsschalters 22 jeweils
ausgeschaltet. Anders ausgedrückt,
der Testschalter 21, der in 1 gezeigt
ist, wird geöffnet,
wodurch die Speisestromkreis zwischen der Erdschluß-Detektorschaltung 7 und
dem Hauptstromkreis 1 aufgetrennt wird. Wenn der Test der
dielektrischen Festigkeit in diesem Zustand ausgeführt wird,
ist die Erdschluß-Detektorschaltung 7 vor
einer Beschädigung
durch die Testspannung geschützt.
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Wenn nach Abschluß des Tests der dielektrischen
Festigkeit die Hauptschaltkontakte durch Rückbewegen des Schalthebels 4 in
die Einschaltstellung gemäß 3(a) geschlossen werden,
wird der Kontakthalter 16 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, bevor
er außer
Eingriff mit dem Aktuator 23 gelangt. Als Reaktion wird
der Hilfsschalter 22 automatisch in den Einschaltzustand
geschaltet, was die Erdschluß-Detektorschaltung
in den normalen Betriebszustand zurückbringt, wo sie aus dem Hauptstromkreis
mit Strom gespeist wird.
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Bei dem oben beschriebenen ersten
Ausführungsbeispiel
wurde der Hilfsschalter 22 als Testschalter 21 eingesetzt.
Dies ermöglicht
es, die vorliegende Erfindung mit einem einfachen Aufbau ohne größere Änderung
des Fehlerstromschutzschalters auszuführen. Der in 2 gezeigte Aufbau beherbergt den Hilfsschalter 22 in
einem Installationsraum für
Zusatzelemente innerhalb des Hauptgehäuses 11. Die Lage
für die
Installation des Hilfsschalters 22 ist aber nicht auf dieses
Beispiel beschränkt,
vielmehr kann der Hilfsschalter 22 auch außerhalb
des Hauptgehäuses
an der Seite installiert werden, so lange die beabsichtigte Lage
nahe der Auslösequerstange
ist.
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Ausführungsbeispiel 2
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Unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 werden Aufbau und Arbeitsweise eines
zweiten Ausführungsbeispiels
entsprechend den Ansprüchen
3 bis 5 beschrieben.
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Dieses zweite Ausführungsbeispiel
stellt eine weitere Entwicklung der Funktion des Testschalters 21 von 1 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel
besteht der Testschalter 21 aus einem manuell betätigbaren
Schalter, der mit der Auslösequerstange
des Schaltschlosses 3 gekoppelt ist, wie nachfolgend beschrieben.
Wenn zur Durchführung
des dielektrische Festigkeitstests der Testschalter 21 manuell
ausgeschaltet wird und dadurch der Speisestromkreis über die
Stromversorgungsleitungen 9 zwischen dem Hauptstromkreis 1 und
der Erdschluß-Detektorschaltung 7 unterbrochen wird,
wird, gekoppelt mit dieser Aktion, das Schaltschloß 3 ausgelöst, was
die Hauptschaltkontakte 2 vor Abschluß der Vorbereitungen für die Durchführung des
dielektrischen Festigkeitstests öffnet.
Wenn andererseits der Fehlerstromschutzschalter nach Abschluß des Tests
wieder in den normalen Betriebszustand zurückversetzt wird, kann der Verriegelungsmechanismus
nicht zurückgesetzt
werden, solange nicht der Testschalter 21 in die Einschaltposition
oder der Schalthebel 4 in die Rücksetzposition bewegt wurde, wodurch
verhindert wird, daß die
Hauptschaltkontakte 2 eingeschaltet werden. Dies verhindert,
daß eine Bedienungsperson
vergißt,
den Testschalter 21 wieder einzuschalten.
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Um die obigen Prozesse zu ermöglichen,
ist der manuell betätigbare
Testschalter 21 gemäß Darstellung
in 4 seitlich des Schalthebels 4 über der Auslösequerstange 20 des
Schaltschlosses 3 angeordnet. Damit durch externe manuelle
Betätigung
der Testschalter 21 ein- und ausgeschaltet werden kann, weist
das obere Gehäuseteil 11b des
Hauptgehäuses
einen kleinen Schiebedeckel 11-b1
auf.
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Die 5(a) und (b) zeigen den Montageaufbau des Testschalters 21.
Er umfaßt
folgendes: mehrere Schiebeschalter 24 entsprechend der
Anzahl eingebauter Schaltkontakte, ein scheibenförmiges Schaltergehäuse 25 zur
Aufnahme der Schiebschalter 24 auf beiden Seiten ausgerichtet,
und einen Schiebeschalterdeckel 26, der auf das Schaltergehäuse 25 gesetzt
wird und mit einem Betätigungsknopf 24a der
Schiebschalter 24 im Eingriff steht, so daß die einzelnen
Schiebschalter 24 zusammen ein- und ausgeschaltet werden
können.
Zusätzlich
ist ein einbeiniger sich nach unten erstreckender Aktuator 26a einstückig mit
dem Schalterdeckel 26 ausgebildet. 5(b) zeigt zwei Schiebschalter 24 für den dreiphasigen
Fehlerstromschutzschalter. Für
einen einphasigen Fehlerstromschutzschalter wird nur ein Schiebschalter 24 vorgesehen.
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Wenn der Testschalter 21 an
der in 4 bezeichneten
Position befestigt wird, ist das freie Ende des Aktuators 26a der
Auslösequerstange
des Schaltschlosses zugewandt, wodurch der Aktuator 26a und
die Auslösequerstange 20 gemäß Darstellung
in den 6(a) und (b) miteinander gekoppelt sind. Bezüglich des
Testschalters 21 von 5 zeigt 6(a) einen normalen Zustand,
wo der Hauptstromkreis 1 elektrisch leitend ist und die
Schiebschalter 24 dadurch in der Einschaltposition gehalten werden,
daß der
Schalterdeckel 26 nach rechts bewegt wurde und der Schalthebel 4 in
die Einschaltposition bewegt wurde, um den beweglichen Schaltkontakt 15 mit
dem festen Schaltkontakt 14 in Kontakt zu bringen. Der
in 6(a) gezeigte Zustand
entspricht dem in 1 gezeigten
Zustand, bei dem die Schaltkontakte des Testschalters 21 geschlossen
sind, um zu ermöglichen,
daß die
Erdschluß-Detektorschaltung 7 über die
Stromversorgungsleitungen 9 von dem Hauptstromkreis 1 mit
Strom gespeist werden. In diesem Zustand hält gemäß Darstellung in 6(a) die Auslösequerstange 20 die
Verriegelungseinheit 18 des Schaltschlosses 3 ohne
Behinderung durch den Aktuator 26a zurück.
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Zur Vorbereitung des Tests der dielektrischen
Festigkeit wird ausgehend vom obigen Zustand der Schalterdeckel 26 des
Testschalters 21 durch eine externe manuelle Verschiebebetätigung in die
Ausschaltposition bewegt (in 6 nach
links). Dies bewirkt, daß die
Schaltkontakte der Schiebeschalter 24 ausgeschaltet werden
und dadurch den Speisestromkreis für die Erdschluß-Detektor schaltung
7 vom Hauptstromkreis 1 abtrennen. Gleichzeitig wird bewirkt,
daß der
Aktuator 26a des Schalterdeckels 26 gegen die
Rückseite
der Auslösequerstange 20 drückt. Als
Folge davon wird die Auslösequerstange 20 um
die Achse 20a im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Dies wiederum
hat zur Folge, daß die
Verriegelungseinheit 18 aus dem Zustand gelöst wird,
in dem sie von der Auslösequerstange 20 gehalten
wurde, was das Schaltschioß 3 dazu
bringt, einen Auslösevorgang
auszuführen
und den beweglichen Kontakt 15 zu öffnen, so daß die Hauptschaitkontakte 2 geöffnet werden.
Indem der Test der dielektrischen Festigkeit in diesem Zustand ausgeführt wird,
während
die Erdschluß-Detektorschaltung 7 vom
Hauptstromkreis 1 getrennt ist, wird die Erdschluß-Detektorschaltung 7 sicher
vor Schäden durch
die hohen Testspannungen geschützt,
die zwischen den Phasen des Hauptstromkreises angelegt werden.
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Bei dem in 6(b) gezeigten Zustand, bei dem der Testschalter 21 in
die Ausschaltposition bewegt wurde, wird die Auslösequerstange 20,
angestoßen
durch den Aktuator 26a dieses Testschalters 21,
in der Position zur Freigabe der Verriegelungseinheit 18 gehalten.
Wenn demgemäß nach Abschluß des Tests
der dielektrischen Festigkeit, ohne daß der Testschalter 21 in
die Einschaltposition zurückgebracht
wurde, der Schalthebel 4 von der Auslöseposition in die Rücksetzposition
bewegt wird, kann der Verriegelungsmechanismus nicht zurückgesetzt
werden, so daß die
Hauptschaltkontakte 2 nicht wieder eingeschaltet werden
können.
Aus diesem Grund ist es möglich,
daß Auftreten
unerwünschter
Fälle zu verhindern,
wie etwa das Nicht-Feststellen eines Erdschlusses des Fehlerstromschutzschalters
oder ein Versagen der Schutzfunktion gegenüber einem Erdschluß aufgrund
eines Fehlers der Bedienungsperson, den Testschalter 21 einzuschalten.
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Die Auslösequerstange 20 des
Schaltschlosses 3 wird von einer relativ schwachen Kraft
einer schwachen Rückholfeder
(nicht gezeigt) im Uhrzeigersinn in Richtung auf die Kopplungsposition
(Rücksetzposition)
vorgespannt, in der die Verriegelungseinheit 18 mit ihr
in Eingriff kommen kann. Wenn deshalb die mechanische Sperrkraft
an der Ein/Aus-Position der Schiebschalter 24 in 4 die Kraft der Rückkehrfeder
zur Vorspannung der Auslösequerstange 20 übersteigt,
wird die Auslösequerstange 20 an
der Verriegelungsfreigabeposition gehalten, wenn der Testschalter 21 durch
eine externe Schiebebetätigung
in die Ausschaltstellung gebracht wird, wobei sie der Kraft der
Rückholfeder
wiedersteht. Demgemäß kehrt
nach Abschluß des
Tests der dielektrischen Festigkeit die Auslösequerstange 20 nicht
in die Ausgangsposition zurück,
sofern nicht der Testschalter 21 aus der Ausschaltposition
in die Einschaltposition zurückgebracht
wird. Selbst wenn daher der Schalthebel 4 aus der Auslöseposition
in die Rücksetzposition
bewegt wird, kann die Verriegelungseinheit 18 nicht zurückgesetzt
werden, weshalb es nicht möglich
ist, die Hauptschaltkontakte 2 des Hauptstromkreises 1 wieder
einzuschalten. Wenn der Fehlerstromschutzschalter nach Abschluß des dielektrischen
Festigkeitstests wieder in den elektrischen Leitzustand zurückgebracht
wird, kann infolge dieser Anordnung verhindert werden, daß die Bedienungsperson
vergißt
den Testschalter 21 wieder einzuschalten.
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Zusätzlich zur obigen Anordnung
zur Einstellung der Ein/Aus-Rückhaltekraft
für den
Testschalter 21 derart, daß sie stärker ist als die Rückholfeder
zur Vorspannung der Auslösequerstange 20,
sind die Verstärkungsmittel
auch durch Anwendung des nachfolgend beschriebenen Verriegelungsmechanismus
realisierbar. Anders ausgedrückt,
wenn der Testschalter 21 in die Ausschaltposition bewegt wird,
wird er an dieser Ausschaltposition zurückgehalten. Wenn nach Abschluß des Tests
der dielektrischen Festigkeit der Schalthebel 4 aus der
Auslöseposition
in die Rücksetzposition
bewegt wird, wird, gekoppelt damit, auch die Auslösequerstange 20 in
die Rücksetzposition
zurückgebracht.
Gleichzeitig mit der Anwendung einer Rückholfeder zur Vorspannung
der Auslösequerstange 20 wird
eine gegenseitige Verriegelung bewirkt, um den Testschalter 21 in
die Einschaltposition zurückzubringen.
Durch Realisierung dieser Anordnung ist es möglich zu verhindern, daß die Bedienungsperson
einen Fehler verursacht, wenn sie vergißt, den Testschalter 21 im
Verlauf der Rückstellung des
Fehlerstromschutzschalters in den elektrisch leitenden Zustand nach
Abschluß des
Tests der dielektrischen Festigkeit wieder einzuschalten.
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Bei dem obigen Beispiel werden (einer
oder mehrerer) Schiebeschalter 24 als Testschalter 21 eingesetzt.
Es bedarf keiner Erwähnung,
daß die
Erfindung nicht auf solche Schiebeschalter beschränkt ist,
sondern daß beispielsweise
Kipphebelschalter gleichermaßen
eingesetzt werden können.
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Wie voranstehend im einzelnen beschrieben,
erlauben es die Ausführungsbeispiele
der Erfindung, daß Testpersonen
bei Durchführung
dielektrischer Festigkeitstests an neu hergestellten Fehlerstromschutzschaltern
auf mühsame
vorbereitende Arbeit zum Öffnen
des Gehäuses
der Fehlerstromschutzschalter und zum Trennen der Stromversorgungsleitung
für die
Erdschluß-Detektorschaltung vom
Hauptstromkreis, wie dies bisher praktiziert wurde, verzichten können. Durch
einfaches Schalten der Hauptschaltkontakte in den Ausschaltzustand
durch manuelles Bewegen des Schalthebels oder Schaltknopfs oder
durch einfaches manuelles Betätigen des
im Hauptgehäuse
untergebrachten Testschalters in dem Ausschaltzustand können Tester
sicher den Test der dielektrischen Festigkeit in einem Zustand ausführen, wo
die Erdschluß-Detektorschaltung
von dem Hauptstromkreis isoliert ist. Selbst wenn, wie üblicherweise
im Ausland der Fall, dielektrische Festigkeitstests am Ort des Benutzers
ausgeführt
werden, können
Testpersonen die erforderlichen Tests leicht und sicher ausführen. Nach
Abschluß des
Tests ermöglicht
das erste Ausführungsbeispiel
beim Zurückstellen
der Fehlerstromschutzschalter in den normalen Gebrauchszustand,
daß der
manuell betätigbare Schalthebel
die Hauptschaltkontakte aktiviert. Gleichzeitig, und mit dieser
Aktion gekoppelt, kehrt der Testschalter automatisch in die Einschaltposition zurück. Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
können
die Hauptschaltkontakte nicht wieder aktiviert werden, wenn nicht
zuvor der manuell betätigbare Testschalter
von der Ausschaltposition in die Einschaltposition zurückgebracht
wurde oder der manuell betätigbare
Schalthebel in die Rücksetzposition bewegt
wurde.
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Infolge dieser Anordnung ist es nach
Abschluß des
Tests der dielektrischen Festigkeit, wenn der Fehlerstromschutzschalter
in den normalen Gebrauchszustand zurückgebracht wird, möglich zu verhindern,
daß eine
Fehlfunktion wie das Nicht-Feststellen eines Erdschlusses oder der
Fehler des Aufrechterhaltens der Fehlerstromschutzfunktion auftritt,
wenn der Hauptstromkreis im Zustand elektrischer Leitung ist und
die Bedienungsperson vergessen hat, den Testschalter einzuschalten.