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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stromunterbrechungsvorrichtung,
die automatisch betätigt
wird, sobald an einer elektrischen Leitung ein Funken auftritt,
und insbesondere eine Stromunterbrechungsvorrichtung, die die Stromversorgung
eines Erdschlussstromunterbrechers oder eines elektronischen Schalters
automatisch entsprechend eines Steuersignals unterbricht, das bei
Detektion einer elektromagnetischen Welle übertragen wird, die von einem
elektrischen Funken verursacht wird, welcher aufgrund eines anormalen
Zustands wie z. B. eines Verbindungsfehlers einer elektrischen Vorrichtung
an einer elektrischen Leitung erzeugt wurde, wodurch Unglücke wie
z. B. das Ausbrechen eines elektrischen Brandes aufgrund des elektrischen
Funkens (Flamme) verhindert werden können.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Im
Allgemeinen handelt es sich bei einem Erdschlussstromunterbrecher
um eine elektrische Leitungsvorrichtung, die einen Erdschluss in
einem elektrischen Schaltkreis oder einer Elektrizität verwendenden
Vorrichtung erkennt und die im Falle der Feststellung eines Leckstroms
oberhalb einer bestimmten Stärke
die Stromversorgung unterbricht und auf diese Weise Verletzungen
durch Stromschläge
sowie das Ausbrechen von Bränden
aufgrund des Erdschlusses verhindert.
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Berichten
zufolge sollen die meisten elektrischen Brände auf Leckströme von Hausleitungen
(im Hausinneren) zurückgehen;
da jedoch beim Auftreten von Leckströmen der Erdschlussstromunterbrecher
betätigt
wird, ist nicht anzunehmen, dass der Erdschluss die häufigste
Ursache von elektrischen Bränden
bildet.
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Tatsächlich treten
die meisten elektrischen Brände
dann auf, wenn aufgrund eines Kontaktfehlers eines Leitungsschaltkreises,
eines Versagens der Isolation aufgrund von Wärmeentwicklung an einem Kontaktpunkt
oder eines vorübergehenden Kurzschlusses
oder eines hohen Verbindungswiderstands ein elektrische Funke erzeugt
wird. In diesem Fall wird der Erdschlussstromunterbrecher nicht
betätigt,
und es kann zu einem Unglück
kommen, falls sich in der Nähe
des elektrischen Funken entflammbares Material befindet.
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Es
ist jedoch schwierig, den Kontaktfehler am Kontaktpunkt des Leitungsschaltkreises
zu untersuchen, und auch erfahrene Fachleute können anhand physikalischer
Beobachtung oder mit Hilfe eines Leitungsprüfers nur eine Ausschaltung
und einen Kurzschluss feststellen.
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Insbesondere
dann, wenn ein Leitungsrohr aus Kunststoff (PVC) hergestellt ist,
wird ein Versagen der Isolation zwischen den elektrischen Leitungen
im Rohr nicht bei der Isolationsprüfung angezeigt, und der Verbindungs-
oder Kontaktfehler der elektrischen Leitung lässt sich erst feststellen,
wenn es zu einer Fehlfunktion kommt.
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Darüber hinaus
kann die Fehlfunktion, die durch den Verbindungs- oder Kontaktfehler
der elektrischen Vorrichtung entsteht, welche Elektrizität verwendet,
zu beträchtlichen
Verlusten oder Unglücken im
industriellen Sektor führen;
trotzdem ist sie sehr schwer zu ermitteln. [9] Da der übliche Erdschlussstromunterbrecher
betätigt
wird, wenn ein kontinuierlicher Leckstrom erzeugt wird oder ein
Strom einen Bemessungsstrom übersteigt,
ist es unmöglich,
elektrische Brände
aufgrund eines Kontaktfehlers am Kontaktpunkt in den Niederspannungshausleitungen, eines
vorübergehenden
Kurzschlusses oder eines Kriechstroms zwischen den Leitungen zu
verhindern.
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Im
Folgenden sollen Kontaktfehler, vorübergehende Kurzschlüsse und
Kriechströme
zwischen Leitungen beschrieben werden, um die zwischen ihnen bestehenden
Gemeinsamkeiten zu erörtern.
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Beim
Auftreten des Kontaktfehlers verformt sich das Isolationsmaterial
der Leitung, und seine Kontaktfläche
wird aufgrund der durch den Kontaktfehler erzeugten Wärme oxidiert.
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Auf
diese Weise nimmt der Verbindungswiderstand mehr und mehr zu, und
somit auch die Verbindungswärme.
Dadurch kommt es zu einem allmählichen
Verkohlen oder Verformen des Isolationsmaterials, wodurch ein Kurzschluss
zwischen den Leitungen verursacht wird, wobei ein Überschlag,
der durch die Verbindungshitze entsteht, in der Nähe befindliches
entflammbares Material entzündet
und so einen Brand auslöst.
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Zweitens
wird aufgrund von Brandbeschädigungen
an einer Isolationsbeschichtung oder durch einen vorübergehenden
Kurzschluss aufgrund von fehlerhaftem Betrieb ein sehr starker elektrischer Funken/Bogen
erzeugt, der ein Feuer auslöst.
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Insbesondere
aufgrund des niedrigen Effektivstroms des elektrischen Funken/Bogens
kann sich die Betätigung
des Erdschlussstromunterbrechers verzögern oder ganz ausbleiben.
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Außerdem führt ein
elektrischer Funken/Bogen und Überschlag,
der aufgrund eines Isolationsversagens durch einen Kriechstrom zwischen
Leitungen erzeugt wird, zur Entzündung
in der Nähe
befindlicher entflammbarer Materialien und also zu einem Feuer.
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Der
elektrische Brand im Leitungssystem wird von Überhitzung, elektrischen Funken/Bogen und Überschlägen begleitet
und entwickelt sich daher äußerst rasch.
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Was
die Kennlinien des Stromflusses betrifft, sind ihre aufsteigenden
und absteigenden Winkel nahezu rechtwinklig, da ein äußerst hoher
Strom innerhalb einer Zeiteinheit rapiden Veränderungen unterliegt, wobei
ein solcher Strom mehrmals mit unregelmäßigem Impuls fließt und sein
Effektivstrom äußerst niedrig
ist.
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Bei
einem schlechten Kontakt des Kontaktpunkts im Leitungsschaltkreis
weist die an einer Lastseite angelegte Spannung einen unregelmäßigen Impuls
auf, weshalb der Strom mit einem unregelmäßigen Impuls mit niedrigem
Effektivstrom fließt.
Es ist daher für
Wärme-
oder elektromagnetische Unterbrecher schwierig, den Unterbrechungsvorgang
durchzuführen.
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Mit
anderen Worten, bei Erzeugung eines elektrischen Funken/Bogens mit
niedrigem Effektivstrom findet keine Unterbrechung durch den Erdschlussstromunterbrecher
statt.
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Wie
oben beschrieben, ist es unmöglich,
ein Unglück
aufgrund eines elektrischen Funken/Bogens (Flamme) zu verhindern,
der durch einen anormalen Zustand wie z. B. einen Verbindungsfehler
an einer elektrischen Leitung entsteht, da der übliche Erdschlussstromunterbrecher
im Fall einer Überlastung oder
eines Leckstroms betätigt
wird.
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Es
ist daher notwendig, Unglücke
zu verhindern, die aufgrund eines elektrischen Funken/Bogens auftreten,
der durch einen anormalen Zustand wie z. B. einen Verbindungsfehler
an einer elektrischen Leitung entstehen, und die sich nicht durch den üblichen
Erdschlussstromunterbrecher und den elektronischen Schalter verhindern
lassen.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Die
vorliegende Erfindung wurde in dem Bemühen getätigt, die oben beschriebenen
Probleme im Zusammenhang mit dem Stand der Technik zu lösen, und
es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromunterbrechungsvorrichtung
bereitzustellen, die die Stromversorgung eines Erdschlussstromunterbrechers
oder eines elektronischen Schalters automatisch entsprechend einem übertragenen Steuersignal
unterbricht, indem der Impulsstrom einer elektromagnetischen Welle
detektiert wird, die von einem elektrischen Funken verursacht wird,
welcher aufgrund eines anormalen Zustands wie z. B. eines Verbindungsfehlers
einer elektrischen Vorrichtung an einer elektrischen Leitung erzeugt
wurde, und die auf diese Weise bei einer Überlastung oder einem Erdschluss
eine wesentliche Funktion eines Erdschlussstromunterbrechers bereitstellt,
wodurch Unglücke
wie z. B. das Ausbrechen eines elektrischen Brandes aufgrund des
elektrischen Funkens auf effektive Weise verhindert werden können.
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Technische Lösung
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Um
die genannte Aufgabe zu erfüllen,
stellt die vorliegende Erfindung eine Stromunterbrechungsvorrichtung
bereit, die bei Auftreten eines Funken an einer elektrischen Leitung
automatisch betätigt
wird, wobei die Stromunterbrechungsvorrichtung Folgendes umfasst:
einen Triac-Schaltkreis, der mit einer elektrischen Leitung einer
Ausgangsseite eines Erdschlussstromunterbrechers oder eines elektronischen
Schalters verbunden ist, und der von einem Impulsstrom einer elektromagnetischen
Welle angesteuert wird, die von einem elektrischen Funken erzeugt
wird, um einen Strom anzulegen; einer Gleichrichtungs-Glättungsschaltung,
die mit dem Triac-Schaltkreis verbunden ist, um den von diesem angelegten
Strom gleichzurichten, den Strom in einen Gleichstrom um zuwandeln,
und nach einem Spannungsabfall eine konstante Spannung bereitzustellen;
und eine Betätigungsverzögerungsschaltung zum
Betätigen
eines Schaltmittels für
eine Stromunterbrechung des Erdschlussstromunterbrechers, indem
das Fließen
des Stroms verzögert
wird, der von der Gleichrichtungs-Glättungsschaltung
angelegt wird, wenn ein Strom über
einen vorbestimmten Zeitraum hinweg kontinuierlich zugeführt wird.
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Der
Triac-Schaltkreis umfasst: eine erstseitige Impulstransformatorspule,
die von dem Impulsstrom der elektromagnetischen Welle angesteuert wird,
wenn ein Strom, der von dem elektrischen Funken verursacht wurde,
in eine Schaltung fließt,
in der ein Kondensator und ein Widerstand über einen Schaltkreisschutzwiderstand
parallel mit der elektrischen Leitung der Ausgangsseite des Erdschlussstromunterbrechers
verbunden sind; eine zweitseitige Impulstransformatorspule, in die
der Strom, der in der erstseitigen Impulstransformatorspule fließt, induziert
wird; einen variablen Widerstand zum Steuern eines Ausgangsstroms
der zweitseitigen Impulstransformatorspule; einen Triac, der von
dem Ausgangsstrom der zweitseitigen Impulstransformatorspule ausgelöst wird;
und einen Widerstand zum Schützen
des Triacs vor einem abrupten Strom.
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Ferner
umfasst die Gleichrichtungs-Glättungsschaltung:
eine Diode zum Gleichrichten eines Eingangsstroms; einen Glättungskondensator
zum Entfernen eines Wechselstromanteils aus dem Strom, der von der
Diode gleichgerichtet wurde, durch Entfernen einer Brummspannung;
einen Widerstand und einen Kondensator für den Spannungsabfall des Gleichstroms,
der von dem Glättungskondensator
konvertiert wurde; eine erste Zenerdiode, die einen Strom anlegt,
wenn das Aufladen des Kondensators abgeschlossen ist; eine zweite
Zenerdiode zum Aufrechterhalten einer konstanten Spannung durch
Anlegen eines im Verhältnis
zum Kondensator rückwärts gerichteten
Stroms, wenn eine aufgeladene Spannung des Kondensators höher ist
als ein vorbestimmter Wert; und einen Widerstand zum Begrenzen des
Stroms, der in der zweiten Zenerdiode fließt, und zum Anpassen der konstanten
Spannung.
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Ferner
umfasst die Betätigungsverzögerungsschaltung:
einen Kondensator, der mittels eines angelegten Stroms aufgeladen
wird; einen variablen Widerstand zum Steuern der Zeit, die zum Aufladen des
Kondensators benötigt
wird; einen Doppelbasistransistor, der ausgelöst wird, wenn die Spannung des
Kondensators bis auf einen vorbestimmten Wert ansteigt und als eine
Emitterspannung angelegt wird; einen Widerstand zum Erzeugen einer
Spannung, wenn der Strom an den Doppelbasistransistor angelegt wird;
einen Thyristor, der mit dem Widerstand verbunden ist, und der ausgelöst wird,
wenn sein Gate mit dem Strom vom Widerstand versorgt wird; eine
Diode, an die eine Spannung angelegt wird, wenn der Strom an den
Thyristor angelegt wird; und ein Relais, das parallel mit der Diode
verbunden ist.
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Vorzugsweise
umfasst der Triac-Schaltkreis ferner einen Kondensator zum Auslösen des
Triacs und einen Widerstand zum Steuern eines Stoßstroms
des Kondensators.
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Insbesondere
umfasst der Triac-Schaltkreis ferner einen Filter für elektromagnetische
Beeinflussung (EMI) zum Entfernen der Nase eines elektrischen Signaleingangs
an eine elektrische Leitung der Eingangsseite des Erdschlussstromunterbrechers
oder des elektronischen Schalters.
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Insbesondere
umfasst der Triac-Schaltkreis ferner einen nichtlinearen Spannungswiderstand zum
Schützen
des Schaltkreises durch Absorbieren eines starken Stoßspannungseingangs
von der Eingangsseite des Erdschlussstromunterbrechers.
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Darüber hinaus
umfasst das Relais eine Spule und einen Schalter, wobei der Schalter
eingeschaltet wird, wenn die Spule erregt wird.
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Außerdem umfasst
die Betätigungsverzögerungsschaltung
einen kontaktlosen Halbleiterschalter wie z. B. einen La-SCR oder
einen La-SCS als Schaltmittel für
die Stromunterbrechungsbetätigung des
Erdschlussstromunterbrechers.
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Geeigneterweise
umfasst die Betätigungsverzögerungsschaltung
ferner eine Anzeigeleuchte oder eine Alarmvorrichtung, die mit dem
Schaltmittel verbunden ist, und die beim Auftreten eines elektrischen
Funken an einer elektrischen Leitung betätigt wird.
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Vorteilhafte Wirkungen
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Gemäß der Stromunterbrechungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung wird der Erdschlussstromunterbrecher
automatisch entsprechend einem übertragenen
Steuersignal unterbrochen, indem ein Impulsstrom einer elektromagnetischen
Welle detektiert wird, die von einem elektrischen Funken verursacht
wird, welcher aufgrund eines anormalen Zustands wie z. B. eines
Verbindungsfehlers einer elektrischen Vorrichtung an einer elektrischen
Leitung erzeugt wurde, wodurch Unglücke wie z. B. das Ausbrechen
eines elektrischen Brandes aufgrund des elektrischen Funkens (Flamme)
verhindert werden können.
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Insbesondere
deshalb, weil gemäß der vorliegenden
Erfindung die Stromunterbrechungsvorrichtung eine wesentliche Funktion
des Erdschlussstromunterbrechers bereitstellt, der bei einer Überlastung
oder einem Erdschluss betätigt
wird, und der Erdschlussstromunterbrecher betätigt wird, wenn ein elektrischer
Funken detektiert wird, der an einer elektrischen Leitung erzeugt
wird, ist es möglich,
ein Unglück
wie z. B. einen elektrischen Brand aufgrund elektrischer Funken
zu verhindern.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist
ein Schaltbild einer Stromunterbrechungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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2 bis 4 sind
Schaltbilder, die die einzelnen Schaltungen zeigen, welche die Stromunterbrechungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausmachen, wobei 2 einen
Triac-Schaltkreis zeigt, 3 eine Gleichrichtungs-Glättungsschaltung
zeigt, und 4 eine Betätigungsverzögerungsschaltung zeigt.
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Art der Ausführung der Erfindung
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Im
Folgenden sollen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die bevorzugten Ausführungsformen
dienen dazu, Fachleuten auf dem Gebiet ein ausreichendes Verständnis der
vorliegenden Erfindung zu ermöglichen,
können
jedoch in unterschiedlicher Weise modifiziert werden, wobei der
Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen
beschränkt
ist.
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1 ist
ein Schaltbild einer Stromunterbrechungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, und 2 bis 4 sind Schaltbilder,
die die einzelnen Schaltungen zeigen, welche die Stromunterbrechungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausmachen, wobei 2 einen
Triac-Schaltkreis zeigt, 3 eine Gleichrichtungs-Glättungsschaltung
zeigt, und 4 eine Betätigungsverzögerungsschaltung zeigt.
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In
der vorliegenden Erfindung kann ein im Handel erhältlicher
Erdschlussstromunterbrecher (ESU) benutzt werden, der bei einer Überlastung oder
einem Erdschluss durch ein von außen eingehendes elektrisches
Signal automatisch betätigt
wird, um den Strom zu unterbrechen. Außerdem stellt die vorliegende
Erfindung eine Stromunterbrechungsvorrichtung bereit, die in den
Erdschlussstromunterbrecher eingefügt wird, um eine wesentliche
Funktion des Erdschlussstromunterbrechers bereitzustellen, und auf
diese Weise ein Unglück
wie z. B. einen durch elektrische Funken verursachten Brand zu verhindern.
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Allgemein
weist der Erdschlussstromunterbrecher einen Testschalter auf, der
dazu dient, festzustellen, ob sich der Erdschlussstromunterbrecher in
einem normalen Betriebszustand befindet oder nicht. Nur durch Drücken des
Testschalters kann festgestellt werden, ob der Betrieb normal ist
oder nicht. Wird ein Kontaktpunkt des Testschalters eingeschaltet,
wird eine Unterbrechungsschaltung kurzgeschlossen, die im Erdschlussstromunterbrecher
angeordnet ist, wodurch der Strom unterbrochen wird.
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Die
Stromunterbrechungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
wird in die elektrische Leitung an der Ausgangsseite des Erdschlussstromunterbrechers
eingefügt,
um einen elektrischen Funken zu unterbrechen, der an der elektrischen
Leitung erzeugt wird.
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Die
Stromunterbrechungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
weist einen Triac-Schaltkreis (gezeigt in 2) auf,
der von einem Impulsstrom einer elektromagnetischen Welle ausgelöst wird,
die von einem elektrischen Funken erzeugt wird, und einen Strom
anlegt, eine Gleichrichtungs-Glättungsschaltung
(gezeigt in 3), die mit dem Triac-Schaltkreis
verbunden ist, um den von diesem angelegten Strom gleichzurichten,
den Strom in einen vollständigen
Gleichstrom zu konvertieren, indem sie eine Brummspannung entfernt,
und eine konstante Spannung auszugeben, sowie eine Betätigungsverzögerungsschaltung
(gezeigt in 4), die ein Relais (NR) einschaltet,
indem sie nur dann, wenn kontinuierlich ein elektrischer Funken
erzeugt wird, das Fließen
des Stroms verzögert,
der durch die Gleichrichtungs-Glättungsschaltung
fließt.
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Es
folgt nun eine Beschreibung der einzelnen Schaltungen der Stromunterbrechungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung.
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Zunächst soll
der Triac-Schaltkreis im Detail beschrieben werden.
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Für den Fall,
dass an einer elektrischen Leitung an der Ausgangsseite des Erdschlussstromunterbrechers
ein elektrischer Funke erzeugt wird, fließt in der elektrischen Leitung
der Ausgangsseite eine elektromagnetische Welle, und der Triac-Schaltkreis wird
von einem Impulsstrom der elektromagnetischen Welle angesteuert.
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Als
bevorzugte Ausführungsform
ist eine Eingangsseite des Triac-Schaltkreises über ein
Filter für
elektromagnetische Beeinflussung (EMI), das einen Kondensator Cs
und eine Spule Ls aufweist, einen Schaltungsschutzwiderstand R1,
Widerstände R11
und R12 für
eine Impulsstromzuführschaltung und
Keramikkondensatoren C1 und C1 zum Steuern eines Stoßstroms
aufweist, mit der elektrischen Leitung der Ausgangsseite des Erdschlussstromunterbrechers
verbunden. Der Triac-Schaltkreis weist eine erstseitige Impulstransformatorspule
L1 auf, die um eine Ferritspule gewickelt ist, welche parallel mit
den Keramikkondensatoren C1 und C2 und den Widerständen R11
und R12 verbunden ist, und eine zweitseitige Impulstransformatorspule
L2, die zusammen mit der erstseitigen Impulstransformatorspule L1
um die Ferritspule gewickelt ist, und in die ein Strom induziert
wird, der in der erstseitigen Impulstransformatorspule L1 fließt, einen
variablen Widerstand R3 zum Steuern des Ausgangsstroms der zweitseitigen Impulstransformatorspule
L2, und einen Triac Q1, der vom Ausgangsstrom der zweitseitigen
Impulstransformatorspule L2 ausgelöst wird.
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Darüber hinaus
weist der Triac-Schaltkreis einen nichtlinearen Spannungswiderstand
(ZNR) auf, der den Schaltkreis schützt, indem er eine starke Stoßspannung
von einer Last des Erdschlussstromunterbrechers absorbiert, einen
Widerstand R2, der den Triac Q1 vor einem abrupten Strom schützt (Augenblicksspitzenstrom),
einen Folienkondensator C3, der ein Auslösen des Triacs Q1 mittels einer
Spannung ermöglicht,
die von einer Kathode und einer Anode des Triacs Q1 erzeugt wird,
falls der Auslöser
aufgrund eines mangelnden Gate-Stroms bei Auslösung des Triacs Q1 nicht aktiviert
wird, und einen Widerstand R4 zum Steuern eines Stoßstroms des
Folienkondensators C3.
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Wenn
ein Eingangsstrom, der von der elektrischen Leitung der Ausgangsseite
des Erdschlussstromunterbrechers angelegt wird, d. h. von der Lastseite
des Erdschlussstromunterbrechers, über den Schaltkreisschutzwiderstand
R1, die Keramikkondensatoren C1 und C2 und die Widerstände R11
und R12 in die erstseitige Impulstransformatorspule L1 des oben
beschriebenen Triac-Schaltkreises der vorliegenden Erfindung fließt, wird
die erstseitige Impulstransformatorspule L1 erregt, wodurch auch
die zweitseitige Impulstransformatorspule L2 erregt wird. Dies führt dazu,
dass der Ausgangsstrom vom variaben Widerstand R3, der mit der zweitseitigen
Impulstransformatorspule L2 verbunden ist, angepasst wird.
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Dabei
wird die erstseitige Impulstransformatorspule L1 nur von einer Spitzenwellenlänge des
Impulsstroms der elektromagnetischen Welle angesteuert, die von
einem elektrischen Funkten von der Last des Erdschlussstromunterbrechers
erzeugt wurde. Der Stromausgang, der einem Widerstandswert des variablen
Widerstands R3 entspricht, fließt
in ein Gate des Triacs Q1 und löst
den Triac Q1 aus, so dass der Strom, der durch den Schaltkreisschutzwiderstand
R1 und den Triac-Schutzwiderstand R2 fließt, in den Triac Q1 fließt.
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Dabei
schwächt
der Kondensator Cs des EMI-Filters (Rauschfilters) das Rauschen
ab, dessen Frequenz höher
ist als diejenige des Stroms, der von einem Funken eines elektrischen
Signaleingangs an die elektrische Leitung der Ausgangsseite des
Erdschlussstromunterbrechers oder eines elektronischen Schalters
erzeugt wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine Fehlfunktion durch
elektrischen Funkenstrom in der externen elektrischen Leitung zu
verhindern, und zu verhindern, dass der Funkenstrom im Inneren herausgelangt.
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Der
Impulsstrom der elektromagnetischen Welle, die durch den Triac Q1
fließt,
welcher wie oben beschrieben betätigt
(ausgelöst)
wurde, wird an die Gleichrichtungs-Glättungsschaltung angelegt. Die
Gleichrichtungs-Glättungsschaltung
weist Dioden D1 und D2 auf, die den Strom gleichrichten, der durch
den Triac Q1 fließt,
einen Glättungskondensator
C4, der einen Wechselstromanteil aus dem Strom entfernt, der von
den Dioden D1 und D2 gleichgerichtet wurde, einen Spannungsabfallwiderstand
R5 und einen Elektrolytkondensator C5, der als ein Filter dient,
eine erste Zenerdiode D4, die den Strom steuert, der in die Betätigungsverzögerungsschaltung fließt, und
eine zweite Zenerdiode D3 und einen Widerstand R6, die die Betätigungsverzögerungsschaltung
mit einer konstanten Spannung versorgen.
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Der
Minusanteil des angelegten Wechselstroms wird von den Dioden D1
und D2 entfernt und zu einer Brummspannung demoduliert. Die Brummspannung
wird in einen stabilen Gleichstrom konvertiert, indem der Glättungskondensator
C4, der parallel zwischen den Dioden D1 und D2 verbunden ist, den
Wechselstromanteil entfernt. Durch den hohen Widerstand des Spannungsabfallwiderstands
R5 wird ein starker Spannungsabfall erzeugt, und der Elektrolytkondensator
C5 wird mit dem daraus resultierenden Strom aufgeladen. Dabei steuert
die erste Zenerdiode D4, die mit dem Elektrolytkondensator C5 verbunden
ist, den Strom, der in die Betätigungsverzögerungsschaltung
fließt,
bis die Aufladung des Elektrolytkondensators C5 abgeschlossen ist.
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Die
zweite Zenerdiode D3 und der Widerstand R6 versorgen die Betätigungsverzögerungsschaltung
mit einer konstanten Spannung, indem sie einen im Verhältnis zum
Elektrolytkondensator C5 rückwärts fließenden Strom
anlegen, wenn die Aufladungsspannung des Elektrolytkondensators
C5 höher
als ein vorbestimmter Wert ist. Dabei begrenzt der Widerstand R6,
der zum Einstellen einer konstanten Spannung dient, den Strom, der
in die zweite Zenerdiode D3 fließt, die von dem angelegten
Strom leicht beschädigt
werden kann, und schützt
sie auf diese Weise, und passt die Spannung an, die der Betätigungsverzögerungsschaltung
zugeführt
wird.
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Die
Betätigungsverzögerungsschaltung weist
einen Widerstand R7 und einen variablen Widerstand R8 auf, in die
der Strom fließt,
der durch die erste Zenerdiode D4 geflossen ist, einen Elektrolytkondensator
C6, dessen Aufladungszeit vom Widerstand R7 und dem variablen Widerstand
R8 gesteuert wird, einen Doppelbasistransistor Q2, der von der Spannung
des Elektrolytkondensators C6 angesteuert wird, Widerstände R9 und
R10, die mit den Basen B2 und B1 des Doppelbasistransistors Q2 verbunden sind,
einen Thyristor Q3, dessen Gate und dessen Kathode mit den beiden
Enden des Widerstands R10 verbunden sind, eine Diode D5, die mit
der Anode des Thyristors Q3 verbunden ist, und ein Relais NR, das
parallel mit der Diode D5 verbunden ist.
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Das
Relais NR weist eine Spule L3 und einen Schalter SW auf, die parallel
mit der Diode D5 verbunden sind.
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Wenn
an der Anode der ersten Zenerdiode D4 und beiden Enden der Diode
D2 der Gleichrichtungs-Glättungsschaltung
eine konstante Spannung aufrechterhalten wird, die dazu in der Lage
ist, die Betätigungsverzögerungsschaltung
mit der oben beschriebenen Konfiguration anzusteuern, wird der Strom,
der durch die erste Zenerdiode D4 fließt, an den Widerstand R7 und
den variablen Widerstand R8 angelegt, die mit der Anode der ersten
Zenerdiode D4 verbunden sind, und lädt dann allmählich den Elektrolytkondensator
C6 auf. Wenn dann die Spannung des Elektrolytkondensators C6 allmählich zunimmt
und eine Spannung erreicht, die einen Emitter ansteuern kann, um
den Doppelbasistransistor Q2 anzusteuern, wird der Doppelbasistransistor
Q2 betätigt,
so dass in beiden Basen B2 und B1 des Doppelbasistransistors Q2
ein Strom fließt.
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Dabei
steuern der Widerstand R7 und der variable Widerstand R8 die Aufladungsrate
des Elektrolytkondensators C6, um die Zeit anzupassen, die zum Aufladen
des Elektrolytkondensators C6 benötigt wird. Das heißt, der
Widerstandswert des variablen Widerstands R8 wird dazu angepasst,
die Aufladungsrate des Elektrolytkondensators C6 zu steuern und
so die Zeit zu verlängern,
die bis zum Ansteuern des Doppelbasistransistors Q2 benötigt wird.
Auf diese Weise wird der Doppelbasistransistor Q2 erst einige Sekunden
nach dem Anlegen des Impulsstroms der von dem elektrischen Funken
erzeugten elektromagnetischen Welle als Eingangssignal angesteuert. Dies
soll eine Fehlfunktion aufgrund eines Augenblicksfunkenstroms verhindern,
der beim Ein-/Ausschalten des Schalters SW usw. erzeugt wird.
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Nach
dem Ansteuern des Doppelbasistransistors Q2 wird der Strom über den
Widerstand R9, der mit der ersten Zenerdiode D4 verbunden ist, von der
Basis B2 an die Basis B1 des Doppelbasistransistors Q2 angelegt,
wodurch an beiden Enden des Widerstands R10, der einen Gate-Strom
des Thyristors Q3 steuert, eine Spannung erzeugt wird. Dies führt dazu,
dass zwischen dem Gate und der Kathode des Thyristors Q3, der mit
den beiden Enden des Widerstands R10 verbunden ist, ein Strom fließt, der den
Thyristor Q3 auslöst.
In dem ausgelösten
Thyristor Q3 fließt
der Strom von der Anode zur Kathode, weshalb an beide Enden der
Diode eine Spannung angelegt wird, die dazu in der Lage ist, das
Relais NR anzusteuern. Die Spannung ist auf eine Spannung gerichtet,
die sich durch Subtrahieren eines Augenblicksspannungsabfalls des
Thyristors Q3 von der Spannung an beiden Enden der ersten Zenerdiode D4
und der Diode D2 ergibt.
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Natürlich lässt sich
die Betätigungsverzögerungsschaltung
durch eine Halbleiterschaltung von anderer Konfiguration ersetzen.
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Durch
die Spannung der Diode D5 wird die Spule L3 des Relais NR erregt,
weshalb der Schalter SW eingeschaltet wird. Dies führt dazu,
dass der Testschalter des Erdschlussstromunterbrechers, der mit
dem Relais NR verbunden ist, geschlossen wird, so dass der Erdschlussstromunterbrecher
ausgeschaltet wird.
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Das
Relais NR der Betätigungsverzögerungsschaltung
ist ein Schaltmittel für
die Stromunterbrechung des Erdschlussstromunterbrechers, und das
Relais NR kann durch einen kontaktlosen Halbleiterschalter wie z.
B. einen La-SCR oder einen La-SCS ersetzt werden.
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Im
Falle eines Überlastungstrennschalters ist
eine Elektromagnetvorrichtung zum Drücken einer Unterbrechungstaste
vorgesehen, die von einem Relais des Schaltkreises gesteuert wird.
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Auf
diese Weise wird die Stromunterbrechungsvorrichtung der vorliegenden
Erfindung nur von einem Impulsstrom einer elektromagnetischen Welle
mit großer
Wellenlänge
angesteuert, die von einem elektrischen Funken an einer elektrischen
Leitung erzeugt wurde. Da zudem das Rauschen mit einer Frequenz,
die höher
ist als diejenige der Stromwellenlänge des elektrischen Funken,
von den Keramikkondensatoren C1 und C2 und den Widerständen R11
und R12 der Impulsstromzuführschaltung
(einer Durchgangsschaltung eines Signals mit ultraniedriger Frequenz,
d. h. einer Schockwelle) des Triac-Schaltkreises reduziert wird,
und daher die erstseitige Impulstransformatorspule L1 nicht angesteuert
wird, wird der Triac-Schaltkreis nicht ausgelöst.
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Da
nun die erste Zenerdiode D4 keinen Strom an die Betätigungsverzögerungsschaltung
anlegt, wenn der Spannungsausgang von der Gleichrichtungs-Glättungsschaltung
nicht einen vorbestimmten Pegel erreicht, wird der Strom unterbrochen,
wenn er nicht eine bestimmte Betätigungsspannung
erreicht, wodurch eine Fehlfunktion verhindert wird.
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Im
Fall eines intermittierenden elektrischen Funkten schaltet die Betätigungsverzögerungsschaltung
den Schalter SW des Relais NR nicht ein. Das heißt, die Betätigungsverzögerungsschaltung schaltet nur
dann den Schalter SW des Relais NR zum Ausschalten des Erdschlussstromunterbrechers
ein, wenn ein elektrischer Funke kontinuierlich über einen vorbestimmten Zeitraum
hinweg erzeugt wird, und verhindert so eine Fehlfunktion aufgrund
eines intermittierenden Funken.
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Mit
anderen Worten, die Betätigungsverzögerungsschaltung
schaltet das Relais NR ein, das mit dem Testschalter des Erdschlussstromunterbrechers verbunden
ist, um den Testschalter des Erdschlussstromunterbrechers dann einzuschalten,
wenn eine konstante Spannung eines kontinuierlichen elektrischen
Funken in ausreichendem Maße über eine
vorbestimmte Zeitdauer daran angelegt wird, und schaltet so die
Stromzufuhr zum Erdschlussstromunterbrecher ab.
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Es
ist ebenso möglich,
eine Anzeigeleuchte oder eine Alarmvorrichtung zu konfigurieren,
die mithilfe des Schaltkreises der vorliegenden Erfindung bei Auftreten
eines elektrischen Funken an einer elektrischen Leitung betätigt werden.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
den Schaltkreis der vorliegenden Erfindung in eine elektrische Leitungsvorrichtung,
z. B. eine Steckdose, einzufügen,
um die Stromzufuhr bei Auftreten eines elektrischen Funken an einer
elektrischen Leitung automatisch zu unterbrechen.
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
detailliert beschrieben. Fachleute werden jedoch verstehen, dass
an diesen Ausführungsformen Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne von den Grundgedanken und dem Geist der Erfindung abzuweichen,
deren Umfang in den beiliegenden Ansprüchen und ihren Äquivalenten
definiert ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Stromunterbrechungsvorrichtung
bereit, die beim Auftreten eines Funken an einer elektrischen Leitung automatisch
betätigt
wird. Die Stromunterbrechungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
unterbricht die Stromzufuhr eines Erdschlussstromunterbrechers oder
eines elektronischen Schalters automatisch entsprechend einem übertragenen
Steuersignal, indem eine elektromagnetische Welle detektiert wird,
die von einem elektrischen Funken verursacht wird, welcher aufgrund
eines anormalen Zustands wie z. B. eines Verbindungsfehlers einer
elektrischen Vorrichtung an einer elektrischen Leitung erzeugt wurde,
wodurch Unglücke
wie z. B. das Ausbrechen eines elektrischen Brandes aufgrund des
elektrischen Funkens (Flamme) verhindert werden können. Da
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Stromunterbrechungsvorrichtung eine wesentliche Funktion des
Erdschlussstromunterbrechers bereitstellt, der bei einer Überlastung
oder einem Erdschluss betätigt wird,
und der Erdschlussstromunterbrecher betätigt wird, wenn ein elektrischer
Funken detektiert wird, der an einer elektrischen Leitung erzeugt
wird, ist es möglich,
ein Unglück
wie z. B. die Verursachung eines elektrischen Brandes durch den
elektrischen Funken zu verhindern.