DE2642430A1

DE2642430A1 - Fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: DE2642430A1
Application number: DE19762642430
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Gath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1978-05-03
Also published as: LU76991A1

Description

Fehlerstromschutzs chal ter
Die Erfindung betrifft Fehlerstromschutzschalter' welche vor allem den Menschen vor elektrischen Schlägen schützen sollen0 Dieses Ziel versuchte man bisher zu erreichen, indem man folgende Aufgaben mit mehr oder weniger Erfolg löste: 1) der Schalter 8011 schon auf Fehlerströme von geringer Stärke reagieren und abschalten 2) der Schalter soll auch auf gleichstromhaltige Fehlerströme ansprechen, wie sie von Geräten mit Gleichrichtern oder den neuerdings immer häufiger anzutreffenden Geräten mit thyristorgesteuerter Leistung verursacht werden können.
Die erste Aufgabe ist an sich befriedigend gelöst. Es lassen sich Schutzschalter bauen9 welche schon bei einem Behlerstrom von 5 mA abschalten9 bei einer Stromstärke also, die keine allzu starken Muskelverkrampfungen auslöst, sodass man sich normalerweise aus eigener Kraft von der Stromeinwirkung befreien kanne So empfindliche Schutzschalter konnten sich aber bisher in der Praxis nicht durchsetzen. Viele Verbraucher lehnen sogar die von den Fehlerstromschutzschalterfabrikanten allgemein propagierten Schalter mit dem viel höheren Abschaltsohwellwert von 30 mA Fehlerstrom ab, weil allzuhäufige Fehlabschaltungen auftreten. Ein typiseher Fall ist in der Elektrotechnischen Zeitschrift 6 + 7 / 76 etz b vom 26e3.76 auf Seite 165 als "3. Beispiel" aufgeführte Hier wird dargelegt, wie in einem grossen Industrieunternehmen auf die Sicherung der Steckdosenanschlüsse mit Pehlerstromschutzschaltern verzichtet wurde, weil die Kosten für Massnahmen zur Vermeidung von Fehlabschaltungen allzu hoch geworden wären0 Obwohl die Hersteller der Schutzschalter und namhafte Fachleute immer wieder darauf hinweisend dass die wirklichen Ursachen der Fehlabschaltungen in Installationsfehlern zu suchen sind, konnte sich im vorliegenden Fall nicht einmal der allgemein empfohlene Schutzschalter mit 30 mA Abschaltfehlerstrom durchsetzen.
Es wäre sehr zu wünschen, dass der Schutzschalter auf jeden Fall abschaltet, wenn ein über einen Menschen fliessender F lerstr so stark ist, dass dieser sich infolge Muskelverkrampfung nicht mehr aus eigener Kraft von der Einwirkung des Stroms befreien kann0 Das wurde bedeuten, dass ein Schutzschalter bei Fehlerströmen von 10-15 m& abschalten soll. Es wäre sogar ein Schutzschalter nötig, der schon bei 0,5 mA abschaltet, wenn man auch Sekundarunfälle vermeiden Will, das heisst Unfälle, die durch die Schreck- und Schockwirkung des elektrischen Stromdurchgangs auf das Nervensystem verursacht werden0 Fehlerstromschutzschalter der heutigen Bauart gewährleisten in vielen Fällen weder einen störungsfreien Betrieb, noch befriedigen sie die Forderungen nach einem erhöhten Unfallschutz.
Um beide Ziele zu erreichen,wird erfindungsgemäss die neue Aufgabe gestellt, die Abschaltung des Schutzschalters von der Grösse der Anderung des Fehlerstromes in einer gegebenen Zeit abhängig zu machen. Bisher war die Abschaltung abhängig davon, ob der Fehlerstrom einen vorgegebenen Wert, etwa 30mA überschreitet. Dieser Fehlerstrom ist gleich der Differenz der Ströme in den durch den Wandler geführten Leitern0 Gemäss der neuen Aufgabenstellung wird die Differenz des gerade fliessenden Fehlerstromes gegenüber einem vorher gewesenen Fehl erstrom untersucht0 Dessen Zunahme ist bei Berücksichtigung noch anderer Daten ein ziemlich sicheres Indiz, dass ein Mensch von einem Strom durchflossen wird0 Gemäss der gestellten Aufgabe soll die Abschaltung von den in einer gegebenen Zeit auf tretenden Fehlerstromänderungen abhängig gemacht werden0 Diese Aufgabe lässt sich in drei Teilaufgaben unterteilen: 1) Erfassung der Fehlerstromänderungen #IF 2) Unterscheidung der ungefährlichen von den gefährlichen Fehlerstromänderungen, das heisst von solchen, die fast mit Sicherheit einen ernstzunehmenden Fehler als Ursache haben, wie Stromdurchgang durch einen Menschenkörper oder Verschmoren einer Isolierung0 3) Quantitative Auswertung der als gefährlich erkannten FehlerstromänderungenO Erfassung der Fehlerstromänderungen Es ist möglich, gemäss Patentanspruch 4, den Wechselstromanteil des Fehlerstromes über die Sekundärspule des Summenstromwandlers zu erfassen Günstiger ist es jedoch9 wie in den Patentansprüchen 1, 2 und 3 die Grösse des Konpensationsstromes zu erfassen, der über eine Spule des Summenstromwandlers fliesst und die vom Fehlerstrom hervorgerufene Induktion komsensiert. Der Wert dieses Kompensationsstromes ist dem gesamten Fehlerstrom9 das heisst dem Wechselstromanteil plus Gleichstromanteil, proportional.
Um die innerhalb von beispielsweise 2 Sekunden auftretenden Fehlerstromänderungen festzustellen, kann eine Subtrahierschaltung einen 2 Sekunden vorher gewesenen und gespeicherten Wert As von dem gerade auftretenden momentanen Wert Am subtrahieren.
Erkennung der gefährlichen Fehlerstromänderungen Durch die in Anspruch 14 vorgeschlagene Massnahme bleibt der für die eventuelle Abschaltung des Fehlerstromschutzschalters massgebende Wert #A von einer durch das Schalten eines Gerätes hervorgerufenen Fehlerstromänaerung ß IFsch unbeeinflusst. Letztere stellt normalerweise keine Gefahr für den Menschen dar una soll daher keine Abschaltung bewirken. Zur Erkennung solcher, mit grosser Wahrscheinlichkeit ungefährlicher Fehlerstromämderungen gibt es mehrere Möglichkeiten 1. Feststellung einer starken Änderung des Betriebsstromes innerhalb einer Zeit, welche der normalen Dauer eines Schaltvorgangs entspricht 2. Feststellung von hochfrequenten Spannungen, wie sie von funkenbildenden mechanischen Schaltern erzeugt werden, mittels Schwingungskreisen und Verstärkern wie in Rundfunkempfängern 5. Feststellung, dass der Quotient aus der zweiten Ableitung des betriebsstromes nach der Zeit dividiert durch den Augenblickswert aes Betriebsstromes ungleich ist dem Quotient aus der 2. Ableitung aer Netzspannung nach der Zeit aiviaiert durch den Augenblickswert der Netzspannung.
Die Schaltung muss aber auch eine Fehlerstromänderung, die durch Anderung der Netzspannung hervorgerufen wird, von einer solchen unterscheiden, welche von einem einen Menschen durchfliessenden Strom hervorgerufen wird0 Sie soll daher den Fehlerstrom durch die Spannung9 welche ihn verursacht, dividiereine So ist der Einfluss der Netzspannungsänderungen eliminiert. Das Resultat dieser Division ist ein Leitwert.
In den Ansprüchen 4, 5 und 6 kann mit Effektivwerten gerechnet werdeno Hier ist der Leitwert mit Y bezeichnet9 da er eine ohmsche und eine kapazitive Komponente enthält. Die Division des Fehlerstromes durch die Spannung (uAS + uNS), gemäss den Ansprüchen 4, 5 und 6, kann auch bei Fehlerstromschutzschaltern verwendet werden, welche die Abschaltung lediglich von dem Betrag des Quotienten,nicht aber von dessen Anderung, abhängig machen. Dies gilt auch für Schutzschalter nach Anspruch 7.
Bei Schaltungen gemäss Anspruch b 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 und 15 wird der Einfluss der Netzspannungsänderung vermieden, wenn man für A den ohmschen Leitwert G oder die Kapazität C einführt.
Quantitative Auswertung der Fehlerstromänderungen.
In Anspruch 8 ist ausgedrückt, dass die Grösse Wg, deren Wert dafür massgebend ist, ob eine Abschaltung erfolgt oder nicht, eine Funktion von # #A sein soll, wobei A beispielsweise der Fehlerstrom sein kann, wobei die gewahlte Funktion etwa Wg = (#iF)² oder Wg = ( G)2 11 sein kann. In Patentanspruch # wird auch die Zeit in die Grösse Wg eingeführt. Dann kann sein.
Herleitung der Gleichungen, welche zur Berechnung des ohmschen Leitwertes und der Kapazität verwendet werden.
Der Fehlerstrom ist durch folgende Gleichung gegeben: Die hier und in dem weiter folgenden Text verwendeten Buchstaben und Indizes haben dabei folgende Bedeutungen: t G ohmscher Leiwert, C Kapazität, A Aussenleiter, E Erde, N Nulleiter, S SchutzleiterF t Zeit, u Spannungsaugenblickswert0 Zwischen den Buchstaben G oder C oder u und seinen ersten Index wird das Wort "zwischen" eingeschoben, zwischen den ersten und zweiten Indexbuchstaben das Wort undO Also bedeutet GAE ein ohmscher Leitwert zwischen Aussenleiter und Erde. uAE bedeutet einen Spannungsaugenblickswert zwischen Aussenleiter und Erde0 Nimmt man nun an, dass die Länge des zum Hausinstallationsnetz gehörenden Nulleitere gleich sei der Länge des zum Hausinstallationsnetz gehörenden Aussenleiters, so sind auch die für den Fehlerstrom massgebenden ohmschen Leitwerte G und die Kapazitäten gleich, also GNE = GAE 9 CNE = CAE , GNS = GAS 9 CNs = CAS Durch Einsetzen findet man In einem Verteilungsnetz9 wo die Erdung als Schutzmassnahme vorgeschrieben ist, gilt mit genügender Genauigkeit uNs = uNE und uAS = UAE Die Gleichung ist richtig unter der Voraussetzung, dass der ohmsche Leitwert des Mauerwerkes, welcher mit dem kapazitiven Leitwert in Serie liegt, gegenüber letzterem gross ist und vernachlässigt werden kann. Sollte dies in der Praxis nicht immer in ausreichendem Masse zutreffen, so kann man die Leiter in elektrisch leitenden Rohren verlegen und letztere mit dem Schutzleiter verbinden. Wendet man diese Massnahme auch dort an, wo die Nullung als Schutzmassnahme vorgeschrieben ist, und haben die meisten Geräte ein metallisches Gehäuse, das über den Schutzleiter mit dem Nulleiter verbunden ist, so wird GAE klein gegenüber GAS und CAE klein gegenüber CAS , so dass man die Gleichung (701.) schreiben kann Der Effektivwert eines sinusförmigen Fehlerstromes ist dann proportional dem Auadruck (uAs + uNS), bei einer Anlage mit Nullung sowohl wie bei einer solchen mit Schutzerdung. Man kann daher mit einer geeigneten Rechnerschaltung den Effektivwert des Fehlerstromes durch den Effektivwert von (uAs + UN) dividieren und hat damit den Scheinleitwert, wie er für eine Schaltung nach Anspruch 4 benötigt wird0 Es kann, statt des Effektivwertes, auch ein anderer im Sinne des Patentanspruches 4 geeigneter Wert des Pehlerstronies oder der Aussenleiter- oder Nulleiterspannung benutzt werden, beispielsweise der sogenannte Gleichrichtwert, also das arithmetische Mittel einer Halbwelle oder etwa der Scheitelwert, Die Gleichung (7020) kann man nach der Zeit differenzieren: Aus den Gleichungen (7.20) und (8.1.) findet man für eine Anlage mit Schutzerdung (7.5.) Man kann die Gleichung differenzieren und findet dann für eine Anlage mit Nullung 2 Gleichungen, welche sich von den Gleichungen (bo28) und (8o3o) nur dadurch unterscheiden9 dass links vom Gleichheitszeichen die Grössen GAE und CAE fehlen.
Man kann daher dieselbe Rechenschaltung verwenden, einerlei ob die Schutzerdung oder die Nullung als Schutzmassnahme angewendet wird.
Ein Fehlerstromschutzschalter mit einer geeigneten Rechenschaltung berechnet den Wert von G auch dann noch, wenn die Netzspannung sehr weit unter ihrem Sollwert liegt Daraus ergibt sich die Möglichkeit eine Schalterart, nachstehend mit WE bezeichnet, zu bauen, die nach einer durch einen Behler hervorgerufenen Abschaltung automatisch wieder einschaltet, wenn dieser Fehler aufhört zu bestehen, oder eine Schalterart, nachstehend mit GE bezeichnet, welche das Hausinstallationsnetz nur dann unter Betriebsspannung (normal 220 Volt) setzt, wenn ein Gerät eingeschaltet wird, das heisst nur dann, wenn auch wirklich Strom gebraucht wird0 Ein Schalter der Bauart WE möge für zwei Schaltzustände A und B gebaut seine Im Schaltzustand A ist der Aussenleiter ALV des Versorgungsnetzes mit dem Aussenleiter ALH der Hausinstallation verbunden, während der Nulleiter NLV des Versorgungsnetzes mit dem Nulleiter NLH der Hausinstallation verbunden ist. Im Schaltzustand B ist die Verbindung ALV mit ALH und jene von NLV mit NLH unterbrochen, während ALH mit dem einen Ende der Sekundärspule eines Transformators verbunden ist, dessen Ausgangsepannung etwa 20 Volt sein soll, während der Leiter mit dem anderen winde der Sekundärspule dieses Transformators und ausserdem mit dem Schutzleiter des Hausinstallationsnetzes verbunden isto Das Hausinstallationsnetz ist im Schaltzustand B also nur an eine niedrige Spannung von 20 Volt, im Schaltzustand A dagegen an die Netzspannung, welche in Westeuropa normalerweise 220 Volt ist, angeschlossene Ein solcher Schalter soll so gebaut sein, dass er auch im Zustand B den Leitwert G kontrolliert, dass er vom Zustand B in den Zustand A schaltet9 respektiv im Zustand A verbleibt, wenn die Zunahme des Leitwertes G in zwei Sekunden weniger als etwa 220 E betragt, und dass er wieder vom Zustand A in den Zustand B schaltet, wenn die Zunahme des Leitwertes G in zwei Sekunden mehr als 1/220 k# beträgt. Berührt ein Mensch ein spannungführendes Geräteteil oder einen spannungführenden Leiter währenddem der Schalter sich im Schaltzustand B befindet, und ist aer Widerstand RSF des dabei entstehenden Strompfades grösser als 220 k#, , so kann der Schalter in den Zustand A umschalten. 220 V Der alsdann durch den Menschen fliessende Strom, IM= , 220 k# ist geringer als 1 mA und damit ungefährlich. Ist jedoch infolge der Berührung durch den Menschen der Widerstand kleiner als 220 k£, so unterbleibt das Umschalten in den Zustand A während mindestens 2 Sekunden. Nur wenn in der Folge der Strom um weniger als 2 mA in 2 Sekunden ansteigt, soll eine Umschaltung in den Zustand A möglich sein. Der betroffene Mensch hat dann genügend Zeit, sioh von der Einwirkung dieses langsam steigenden Stromes zu befreien und wird dies auch tun, da er den Strom schon bei ungefährlichen Werten sehr unangenehm verspürt.
Für einen Schalter der Bauart GE muss noch eine andere Bedingung erfüllt sein, damit er in den Zustand A umschaltet.
Es muss ein Gerat eingeschaltet sein. Dies bedeutet, dass der zwischen dem Aussenleiter ALH des Hausinstallationsnetzes und dem Nulleiter NLH des Hausinstallationsnetze bestehende Widerstand RH kleiner sein muss als ein vorgegebener Wert RHmax . Ist beispielsweise RHmax = 20 k#, so würde schon das Einschalten einer Glühlampe von 15 Watt oder eines Elektrorasierers genügen dass der Schalter das Hausinstallationsnetz unter Betriebsspannung setzt Wird gemäss den Patentansprüchen 1, 2 oder 3 die Induktion auf einem bestimmten Wert festgehalten, so ergeben sich folgende Vorteile: 1) Bei Auftreten eines Fehlerstromes,der Gleichstrom enthält, schaltet der Schutzschalter nicht nur sofort ab, sondern der kern des Wandlers gerät normalerweise auch in diesem Ball nicht in die magnetische Sättigung Er ist also beim Wiedereinschalten des Schalters sofort wieder voll funktionsfähig.
2) Der im Anspruch 1 erwahnte Strom IeG entspricht dem Fehlerstrom mit hoher Genauigkeit. Dies ist eine Voraussetzung, damit die Leitwerte, wie der Wirkleitwert G, die Kapazitat C und sogar deren Augenblickswerte genau errechnet werden können.
3) Bei Schutzschlatern mit polarisiertem Haltemagnetsystem der bisher üblichen Bauart tritt in gewissen Fällen eine Verzögerung der Abschaltung ein, namlich dann, wenn ein Fehler der eine Abschaltung erfordert, zu einem Zeitpunkt eintritt, wo der in der Sekundärspule des Summenstromwandlers induzierte Strom eine solche Richtung hat, dass er das Magnetfeld des Permanentmagneten verstärkt0 Die Abschaltung erfolgt dann erst, wenn dieser Strom seine Richtung geändert hat9 sodass er das Magnetfeld des Permanentmagneten schwäche Dadurch kann eine Verzögerung der Abschaltung von einer halben Periode oder 10 msec eintreten. Wird gemass Anspruch 1, 2 oder 3 die'Induktion im Kern des Stromsummenwandlers auf einem bestimmten Wert festgehalten, so bleibt das Magnetfeld des Permanentmagneten unbeeinflusst. Tritt aber ein Fehler auf, der eine Abschaltung erforaert, so wird durch eine zusätzliche Schaltung sofort durch einen Stromimpuls von richtiger Grösse und Richtung ein Magnetfeld erzeugt, das dem des Permanentmagneten entgegengesetzt ist und durch magnetische Abstossung eine beschleunigte Abschaltung bewirkt0 Ein weiterer Vorteil der Schaltung ist es, dass bei Fehlern, die keine Abschaltung erfordern, die Sekundärspule des Stromsummenwandlers keinen Strom führt, und daher das Magnetfeld des Permanentmagneten ganz ungestört bleibt Damit ist ein solcher Schalter auch weniger empfindlich gegen Erschütterungen0 Ein Schalter nach Patentanspruch 4 hat den Nachteil, dass der geeignete Wert 9 wie etwa der Effektivwert oder der arithmetische Wert oder der Scheitelwert9 jeweils nur nach einer Halbwelle zur Verfügung steht0 Im Gegensatz hierzu arbeitet ein Schutzschalter nach Patentanspruch 7 oder 8 mit Augenbiickswerten und kann somit beim Auftreten einer gefährlichen Änderung des Fehlerstromes sofort die nötigen Werte berechnen und schneller abschalten0 Gemass Patentanspruch 7 und 8 wird ausserdem die Berechnung der Kapazität vorgeschlagen, welche den Fehlerstrom bestimmte Bei Berührung eines spannungführenden Teils durch einen Menschen tritt eine Kapazitätsänderung auf, welche eine Abschaltung auch dann schon hervorrufen soll, wenn noch gar kein verspürbarer Strom über den Menschenkörper fliesst, wenn also der Mensch beispielsweise auf einem isolierenden Fussboden steht. Ein solcher Schalter schaltet auch dann ab, wenn ein fast den Körper durchfliessender Stromausscnliesslich über den Aussenleiter und den Mittelpunktleiter fliesst 9 weil gleichzeitig ein kapazitiver Strom zur Erde fliesst. Normale Fehlerstromschutzschalter der bisher bekannten Bauart reagieren in diesem Fall überhaupt nicht.
Bezüglich Patentanspruch 8 stellt sich die Frage, durch welche Formel die Gefährdung eines von einem Menschen durchflossenen Stromes am besten ausgedrückt werden kann. Hier gehen die Meinungen in Fachkreisen auseinander. Bedenkt man, dass bei konstantem Effektivwert der Netzspannung die bei elektrischen Hautverbrennungen freigesetzte Leistung proportional ist dem Quadrat des Fehlerstromes, und wünscht man, dass die Abschaltung von einem Wert Wg = f ( A) - (#G)² = (Gm - GS)² abhängig sein soll, so ist die Aufgabenstellung gemss Anspruch 8 die richtige. Hierin ist Gm der Wert des gerade laufenden Momentes, GS etwa der niedrigste in den verflossenen 2 Sekunden aufgetretene Wert G. Ist man jeaoch der Ansicht, dass die Gefährdung eines Menschen besser aurch ein Integral nach der Zeit, etwa wiedergegeben wird, so ist aie Aufgabenstellung gemass Anspruch 11 die richtige. Auch hier ersetzt man i zweckmässigerweise durch G und baut den Schalter so, aass er berechnet0 Die Aufgabenstellung in Patentanspruch 8 geht von der Hypothese aus, dass ein Strom, der über einen Menschen fliesst, der von Null beginnend sehr langsam ansteigt, etwa 1 m A pro Sekunde, nicht gefährlich ist, da der mensch genügend Zeit nat, sich vor aer Erreichung einer gefährlicnen Stromstärke selbst zu befreien. Es wird daher im Patentanspruch 8 die Aufgabe gestellt, den Wert A, welcher der Fehlerstrom sein kann, mit einem Bezugswert AS zu vergleicnen, aer selbst veränaerlicn isto Bei den heute üblichen Fehlerstromschutzschaltern hat der bezugswert einen festen Wert, nämlich null m A. Bei der am meisten eingeführten EFI-Ausführung erfolgt eine Abschaltung, wenn dieser Wert um circa 25 mA überschritten wird. Ist der bezugswert aber veränderlich und ändert er sich so, dass er dem Wert Am nach einem Zeitplan zustrebt, der eine Änderung um maximal 2 m A in 2 Sekunden zulasst, so kann der Fehlerstrom viel höhere Werte annehmen, ohne dass eine Abschaltung des Schutzschalters nötig wird, weil er aiese Werte in einer zur den Menschen ganz ungefährlichen weise erreicht.
Im Anspruch 8 ist nicnt ausgedrückt, dass der Wert AS sich dem Wert Am nähert. Es kann namlich vorkommen9 dass AS langsamer steigt als Am und sich also dem Wert Am nicht zu nähern vermag, wogegen die in Anspruch 8 gemachte Aussage9 dass AS grösser wird, wenn Am grösser ist, noch stimmt, Die in Figur 5 dargestellte Schaltung ist ein Beispiel für eine solche Ausführung. Sobald am Punkt (305) die den Wert Am repräsentierende Spannung steigt, nimmt am Punkt (306) die Spannung langsam aber sofort zu. Die Schaltung kann auch einen Regelkreis enthalten, welcher etwa die Temperatur eines Widerstandes regelt, wobei der Temperatursollwert durch den Wert Am bestimmt wird. Die Verzugszeit9 das heisst die Verspätting, mit welcher die Regelgrösse den sollwert erreicht oder zu erreichen sucht, sind hier ganz erwünscht. Eine solche Schaltung entspricht nicht mehr dem Anspruch 8, wenn der Regelwert über den Sollwert hinausschwingt, wohl aber dem Anspruch 12. Der Änderungsverlauf von AS lässt sich in weiten Grenzen ändern, sodass im Patentanspruch 7 keine genauen Grenzen für den Verlauf der Anderung von AS angegeben werden können. Für einen Schutzschalter nach Anspruch 9 sind etwas genauere Angaben über den Verlauf des Wertes AS gemacht, da der hier definierte A5-wert als halbwegs ideal angesehen wird.
Der Patentanspruch 9 gibt die Aufgabe an, welche die Schaltung zu erfüllen hat, das heisst wann sie abzuschalten hat.
Das bedeutet aber nicht 9 dass sie unbedingt so gebaut sein muss, dass sie den Wert < AS wirklich berechnet, und dass dabei AS der kleinste Wert ist, der in einem Zeitraum aufgetreten ist, welcher mit einem Zeitpunkt begonnen hat9 der mindestens um die Zeitspanne TB vor dem Augenblicks zeitpunkt liegt. Die Schaltung kann beispielsweise zu einem bestimmten t Zeitpunkt, der durch die Zeitangabe # = 0 sec bestimmt sein soll, einen gerade auftretenden Wert AO 2 speichern und ihn von jedem der in den folgenaen 2 Sekunden auftretenden Werten A substrahieren. Das Resultat ist also die Differenz # A#-z = = Am A0-2. Zum zeitpunkt t = 2 sec soll der Vorgang von neuem beginnen, d.h. es wird aer zum Zeitpunkt t = 2 sec auftretende Wert A2-4 gespeichert, der, wie der Index andeutet, für die Zeit t = 2 sec bis t = 4 sec gültig ist und von allen in diewird.
ser Zeit auftretenden A-Werten substrahiert. Man nehme nun an, bei der Konstruktion des Schalters habe man als Wert A den Zeitwert GF gewählt, d.h. den Leitwert, welcher den Fehlerstrom bestimmt Die Schaltung soll nun so gebaut sein, dass sie den Wert GF berechnet, beispielsweise durch Division des Fehlerstromes durch den geeigneten Spannungswert una dass sie abschaltet, wenn #A0-2 =GO2 grösser wird als + 10 5 Siemens oder kleiner als - 10-5 @ Siemens. Man nehme weiter an, dass der Wert Gm zur Zeit t = 0 sec etwa 8.10-5 Siemens betrage, dass zur Zeit t = 1,1 sec der Wert A auf 7§01 ° 10-5 5 Siemens falle, dass er zur Zeit t = 1,9 sec auf 8,99 10-5 Siemens steige, zur Zeit t = 2,1 sec weiter auf 9,97 ° 10-5 5 Siemens steige und bis zur Zeit t = 4 sec unverändert bleibe. Von t = 195 sec bis t = 3,5 sec, also in 2 Sekunden, hat eine Erhöhung des Leitwertes um 2,97 o 10-5 Siemens stattgefunden. Trotzdem erfolgt keine Abschaltung.
Zu Beginn der ersten Sekunde wurde nämlich der Bezugswert 8 . 10 5 Siemens gespeichert. Die Erniedrigung des Leitwertes zu Beginn der zweiten Sekunde war geringer als der zugelassene Wert. Die Erhöhung von 1,98 . 10-5 Siemens .10-5 gegen Enae aer zweiten Sekunde, also auf 8,99 Siemens, stellt gegenüber dem Bezugswert von 8 . 10-5 Siemens nur eine Erhöhung von 0,99 . 10-5 Siemens dar. Zum Zeitpunkt t = 2 sec wird als neuer Bezugswert A2-4 der Wert 8,99 . 10 5 Siemens gespeichert.
Kurz danach erfolgt eine Erhöhung um o,s . 10-5 5 Siemens, die also wieder geringer ist als der zugelassene Wert. Fs erweist sich also, dass eine Abschaltung mit Sicherheit aann erfolgt, wenn die Erhöhung des Leitwertes innerhalb eines Zeitraumes von 2 Sekunden grösser ist als 3 . 10-5 Siemens, einerlei wie die Leitwerterhöhung zeitlich abgelaufen ist Bleibt aber der Leitwert in den 2 ersten Sekunden konstant, und tritt zum Zeit-10-5 punkt t = 2,1 sec eine Erhöhung des Leitwertes von 1,01 . Siemens auf, so erfolgt eine Abschaltung0 Wird nun die Aufgabe gestellt, dass ein Fehlerstromschutzschalter gebaut wird, der auf jeden Fall dann abschaltet, wenn der Leitwert um mehr als 3 . 10-5 Siemens in 2 Sekunden steigt, so wira sie durch die beschriebene Schaltung erfullt, obwohl die beiden Bezugswerte Ao 2 und A2-4 , aie subtrahiert werden, nicht die Eigenschaften haben, die für den im Patentanspruch 9 genannten Wert AS angegeben sind. Für das angegebene Beispiel ist im Patentanspruch 8 für Wghz der Wert 3 . 10-5 Siemens einzusetzen.
Für die Funktion Wg = f (#A) wird die Funktion Wg = G, für der Wert 2 Sekunden eingesetzt. Da die beschriebene Schaltung unter Umständen auch abschaltet kann, wenn Wgzh den Wert von nur 1,01 . 10-5 Siemens annimmt, könnte der Eindruck entstehen, sie entspreche damit nicht mehr dem Patentanspruch 9.
Bs sei daher darauf hingewiesen, dass es im Patentanspruch 9 nicht heisst, dass eine Abschaltung nur dann erfolgen darf, wenn Wg>Wgzh ist. Hier wird lediglich ausgesagt, dass sie dann auf jeden Metall erfolgen muss. Man kann den Schutzschalter so bauen, dass er tatsächlich mit einem Wert AS rechnet, wie er im Anspruch 9 angegeben ist. Wird gewünscht, dass der Niedrigstwert eines Zeitraumes verwendet wird, der vor ziemlich genau 2 Sekunaen begonnen hat, so ist eine grosse Zahl Speicher nötig. Gemass Anspruch 9 ist es auch zulassig, dass der Zeitabstand zwisenen dem gerade laufenden Augenblick una tl grösser ist als TB. e Man kommt dann mit weniger Speichern aus.
Figur 3 zeigt eine Schaltung, welche nur 2 Speicher, nämlich aie Kondensatoren (170) und (211), benötigt Das Prinzip der Arbeitsweise zeigt Figur 2o An den Punkten (145) und (186) wirkt die den Wert A reprasentierende Spannung. Der Multivibrator (173) erzeugt an dem Ausgang (174) vom Zeitpunkt t = 0 sec bis t = 2 sec eine positive Spannung, die als Logisch-EINS gelten soll, ebenso von t = 4 sec bis t = 6 sec, von t = 8 sec bis t = 10 sec, usw, Eine Spannung Null, die als Logisch-NULL gilt, entsteht von t =2sec bis t = 4 sec, von t = 6 sec bis t = 8 sec, usw. Die am Ausgang (175) auf tretenden Werte sina denjenigen am Ausgang (174) logisch komplementar. Am Eingang (145) soll, ebenso wie am Eingang (186), die den Wert A repräsentierende Spannung wirksam sein.
Für den Wert A ist in dem angenommenen Beispiel der Leitwert G gewählt worden. Die Schaltungen (214) und (220) sind Track-Store-Rinheiten, nachstehend abgekürzt TS-Einheiten genannt, welche hier alleraings nicht als Speichereinheit sondern nur als Umschalter benutzt werden. Liegt am Steuereingang (217) der TS-Einheit (214) eine EINS, eo leitet sie den Spannungswert des Eingangs (215) auf den Ausgang (219).
Liegt am Steuereingang (218) eine EINS, so leitet die TS- Einheit den Spannungswert pes Punktes -(216J an -den Ausgang (219.)o In gleicher weise leitet die einheit (220) die Spannung von (221) nach (225), wenn an- (223) eine EINS liegt und-von (222) nach (225), wenn an t224) eine Logisch-EINS liegt. Am Ausgang (21Y) tritt eine Spannung auf, welche, abgesehen von dem durch die 1>ioaen una Transistoren-bedingten-Spannungsabfall, gleich ist dem niedrigsten Spannungswert, welcher seit dem Zeitpunkt, zu dem der Multivibrator zum letzten Mal umgeschaltet hat, bis zu dem Zeitpunkt des gerade laufenden Augenblicks aufgetreten ist. So ist beispielsweise zu einem Zeitpunkt t = 3,8 sec die am Punkt (219) auftretende Spannung der annähernd niedrigste Wert, der in aer Zeit von t = 2 sec bis t = 3,8 sec aufgetreten ist. Die zur Zeit t = 3,8 sec am Punkt (225) wirksame Spannung ist die höchste aufgetretene Spannung des gleichen Zeitraumes. Die Schaltung soll so aufgebaut sein, dass die den Wert G repräsentierende Spannung dem Wert G proportional und stets positiv ist. Die Spannung, welche die bogisch-EINS repräsentiert, sollte so hoch gewählt werden, dass sie mit Sicherheit immer höher liegt als die Emitterspannung.
Die Schaltung in Figur 3 enthält 2 Addierschaltungen, welche den durch Spannungsabfall an Dioden und Transistoren hervorgerufenen Fehler kompensieren. In die Addierschaltung (141) wird der Wert A über einen Addiereingang (143), die Spannung vor der Serienschaltung von Transistor und Diode über einen anderen Addiereingang (144) die Spannung hinter dieser Serienschaltung über einen Subtrahiereingang (142) eingeführt0 Vorteilhafter wäre es wahrscheinlich den Spannungsabfall separat in einer Subtrahierschaltung zu berechnen und aiesen über eine Ideal-Diode-Schaltung und einen Addiereingang einzuführen. Im Vergleich zu der Figur 2 besitzt die Schaltung noch 4 weitere Addierschaltung (158), (162), (199) und (203). Die Spannung an aer Basis des betreffenden Transistors wird dadurch gleich der Smitterspannung plus die Spannung des angeschlossenen Ausgangs der Multivibratorschaltung, sodass nunmehr bei Auftreten einer bogisch-EiNS der Transistor sicher leitend wirdo Eine Schaltung gemäss der Aufgabenstellung im Anspruch 10 begrenzt die Änderung des Fehlerstromes auch nach unten In diesem Eall ist es vorteilhaft, von dem Augenblickswert Am den höchsten in einer gegebenen Zeit aufgetretenen Wert A su subtrahieren0 Man nehme nun an, an einem Gerät trete ein Fehlerstrom von 10,476 mA auf, derselbe fliesse über den Schutzleiter ab, und der resultierende Gesamtfehlerstrom sei auch der höchste, der in den letzten 2 Sekunden aufgetreten ist9 also gleich AS e Der diesem Fehlerstrom zugrundeliegende Widerstand betragt 220 = 21 k# p . Es wird weiter an-10,476 genommen, dass der Schutzleiter bricht und der Fehlerstrom über einen Menschen umgeleitet wird und zur Erde fliesst, wobei der Widerstand über aen Menschenkörper bis zur Erde 1 kG betragen soll. Dann ist der Gesamtwiderstand 21 + 1 = 22 kg und die Stärke des Fehlerstromes 10 mA. Die Änderung des Fehlerstromes ist eine Abnahme, also negativ und betragt 10 - 10,476 = - 0,476 mA. Hierbei hat sich der für den Fehlerstrom massgebende Leitwert G von 1 auf 1 also von 21000 22000 4,7619 . 10-5 Siemens auf 4,5454 . 10-5 Siemens geändert.
#G G beträgt also - 0,2165 e 10-5 5 Siemens. Man nehme an, dass für den Aufbau des Schutzschalters als Grösse A der Leitwert G gewählt wurde, soaass #A A = fNG, dass für die Funktion W = f ( A) einfach W = AA und somit W = = G gewählt wurde, und dass der Wert Wgzn auf - 0,2 . 10-5 Siemens festgesetzt wurde. Da in dem angenommenen Beispiel Wg = # #G = - 0,2165 10-5 5 Siemens ist und bei Berücksichtigung des Vorzeichens niedriger liegt als W , wird eine Abschaltung erfolgen0 gzn 0 0 Der Wert Wgzn = 0,2 . 10-5 Siemens entspricht bei 22# Volt einer Verminderung des Fehlerstromes von nur o,44 mA. Nimmt man jedoch an, dass es kaum vorkommt, dass der Widerstand des menschlichen Körpers einschliesslich des Übergangswiderstandes zur Erde nur 1 kQ beträgt, dass er wohl nie unter 2 kp liegt, und verlangt man, dass bei einem Stromdurchgang durch den Menschenkörper von 10 mA eine Abschaltung erfolgt, so wird Wgzn = 0,4545 e 10-5 5 Siemens, was bedeutet, dass die Schaltung bei 220 Volt Netzspannung auf eine Verminderung des Fehlerstromes um 1 mA mit einer Abschaltung des Schutz-Schalters reagiert.
Durch eine Schaltung, gemass Patentanspruch 14, wird verhindert, dass der Ableitstrom eines elektrischen Gerätes, welches gerade ein- oder abgeschaltet wird, einen Einfluss auf den Wert AA ausübt und eine unerwünschte Abschaltung des Schutzschalters hervorruft. Solange kein Geräteschaltvorgang lauft, wird der Wert #A errechnet, indem vom Momentanwert Am ein Vergleichswert gemäss Patentanspruch 7 oder 8 subtrahiert wird. Nehmen wir einmal an, es werde ein Gerät eingeschaltet una dadurch steige aer Ableitstrom und somit auch der Momentanwert Am ç Bedeutet AV denjenigen Wert, der vor dem Einschaltvorgang bestanden hat und AN den Wert, der nach dem Rinschaltvorgang auftritt, so ist aie in der Schaltzeit aufgetretene Steigerung der Grösse A durch den Ausaruck AN - AV wiedergegeben. Sie soll sich nicht als Steigerung des Wertes #A auswirken, aa sonst auch Wg grösser wird und eine Abschaltung bewirken kanne Da alle nach dem Einschaltvorgang auftretenden Werte Am um den Betrag AN - AV erhöht sind, muse man auch den Wert AS um den gleichen Betrag vergrössern.
oder ASchK Dieser vergrösserte Wert wira in Anspruch 14 mit ASchSbezeichnet. Bs ist klar, dass ein Wert As, der nur aus Werten A gebildet wird, die nach einem vollendeten Schaltvorgang aufgetreten sind, nicht mehr um den Wert AN - AV erhöht werden darf, da er schon durch den hinzugekommenen Ableitstrom bestimmt ist. Im Anspruch 14 sind drei Beaingungen aufgezahlt, von denen das Ersetzen von AS durch ASch abhängig gemacht werden kann. Alle drei sind je nach Ausführung der Schaltung ein mehr oaer weniger sicheres Erkennungszeichen, dass ein Geräteschaltvorgang läuft. Man kann sie auf mehrere Weisen miteinander kombinieren etwa durch ein Logisch-UND-Verknüpw fung, das heisst dass AS nur dann durch ASch ersetzt #ird, wenn sowohl b wie c und d einen Geräteschaltvorgang anzeigen. Eine Schaltung, welche feststellen kann, ob die Bedingung c gegeben ist, könnte beispielsweise folgendermassen aufgebaut sein.
Um die Zu- oder Abnahme des im Anspruch 14 genannten Leitwertes GB festzustellen, wird der im gerade laufenden Augenblick auftretende Leitwert Gm mit einem im Patentanspruch 14 definierten Bezugswert Gc verglichen. Als einen solchen Bezugswert GC kann man einfach einen zu einem gewissen Zeitpunkt gewesenen wert GB benützen Die Schaltung (287) in Figur 4 liefert einen solchen Bezugswert0 Die Multivibratorschaltung (240) soll am Q-Ausgang (241) von einem Logisch-NULL-Wert auf Logisch-EINS schalten, diesen Wert etwa 20 msec lang beibehalten, dann auf Logisch-NULL schalten, diesen Wert 20 msec beibehalten, danach wieder auf Logisch-EINS scnalten, den Wert wieaer 20 msec beibehalten, una so weiter, Tritt am Ausgang (241) ein Übergang von Logisch-NULL auf Logisch-EINS auf, so gelangt ein EINS-Impuls zuerst auf aen Steuereingang (261) der TS-Einheit (259).
Diese leitet die Spannung am Eingang (260) während der kurzen Dauer des NULL-EINS-berganges zum Ausgang (262), Anschliessend wird dieser Wert bis zum nächsten NULL-EINS-Übergang gespeichert.
Sehr kurze Zeit danach wird auch die TS-Einheit (25) leitend Die Spannung an ihrem Eingang (256) gelangt zum Ausgang (258) und zum Eingang (260). Die TS-Einheit (259) kann ihn erst beim Übergang nächsten NULL-EINS-/ übernehmen, welcher nahezu 40 msec spater erst eintritt. Diese Spannung hat bei ihrer Ankunft im Punkt (262) den gleichen Wert wie jene, welche vor 40 msec am Eingang (256) aufgetreten war. Sie ändert sich nun nicht, bis der nachste NULL-EINS-Übergang einen neuen Wert einschleust, der dann wieder gleich ist einem vor 40 msec am Punkt (256) gewesenen Wert0 Der Punkt ( (256) ist mit dem Punkt (239) verbunden, an welchem eine den Wert GB darstellende Spannung auftritt.
Dieser Wert wira von aer Rechenschaltung (236) berechnet etwa durch Division des Scheitelwertes des Betriebs stromes durch den Scheitelwert der Netzspannung. Die Schaltung (236) besitzt daher ausser den Eingängen (7.14) und (115), welche auch in Figur 1 eingezeichnet sind, noch 2 weitere Eingänge (232) und (233)9 welche nur in Figur 4 dargestellt sind. Der Eingang (232) ist an den Aussenleiter, der eingang (233) an den Nullleiter anzuschliessen. Die an den Eingängen (114) und (115) auftretenue Spannung ist dem in dem zu überwachenden Aussenleiterzweig (98) von Figur 1 fliessenden Betriebsstrom proportionalO Die Spannung am Punkt (262) wird als Wert GC benützt. Sie ist mit dem Stibtrahiereingang (264) der Subtrahierschaltung (263) verbunden, wo sie von einer Spannung subtrahiert wird, welche den rezentesten Wert GB darstellt.
Ist aie Differenz G3 G GC grösser als GB-ein so tritt am Ausgang (278) der Komparatorschaltung (275) eine Logisch-EINS auf, ist sie bei Berücksichtigung des negativen Vorzeichens von GB-aus kleiner als GBaus so tritt am Ausgang (282) der Komparatorschaltung (279) ein EINS-Signal auf. Somit tritt am Punkt (117) in beiden Fällen eine EINS auf. Der Wert am Punkt (118) ist gegenüber dem Wert am Punkt (117) durch einen Inverter (286) invertiert. Die beiden Punkte (117) und (118) in Figur 1 sind identisch mit den Punkten (117) und (118) in Figur 4. Es wäre vorteilhaft, wenn die Rechenschaltung (236) nicht nur bei jedem auftretenden Scheitelwert den Leitwert berechnen würde, sondern in jedem Augenblick. Es wird daher vorgeschlagen diese Augenblickswerte aufgrund einer Gleichung zu berechnen, welche in ahnlicher Weise entwickelt ist, wie jene für die Fehlerstromleitwerte auf Seite 8. Da für den Betriebsstrom wohl fast nur induktive neben ohmscher Belastung in Frage kommt, wäre die folgende Gleichung geeignet Die Schaltung der Figur 4 könnte zusatzlich noch eine Schaltung enthalten, welche die Bedingung b berechnet, die bedingung d feststellt una die 3 beuingungen Logisch-UND verknüpft.
Die Erkennungsschaltung (131) in Figur 1 gibt an ihrem Ausgang das Signal ab, welches bewirkt, dass die Schaltung (57) oder ASchK an ihrem Ausgang den Wert AS durch ASchS # ersetzt, wenn die Beaingungen b, c oder d oder die richtige Kombination derselben gegeben ist. Zur ieststellung dieser Bedingungen benötigt die Schaltung (131) an ihren Eingängen (105) und (106) geeignete Daten des Betriebsstromes, Daher sind diese Eingänge mit den Anschlussdrähten (100) und (102) eines Widerstandes (101) verbunden. Die beiden Kondensatoren (107) und (108) schützen die Schaltung vor der hohen Aussenleiterspannung.
oder ASchK Das Ersetzen des Wertes @ durch @ / ist nicht erforderlich Das bei Geräten, die einen so geringen Ableitstrom führen, dass eine Fehlabschaltung beim Geräte einschalten nicht möglich 131 ist. In Figur 1 ist aie Schaltung nur an einem (98) von drei Aussenleiterzweigen angeschlossen, an welchem etwa ein Ölbrenner einer Warmwasserzentralheizung und die Pumpe für den Wasserumlauf angeschlossen sein mag. Die Erkennung von Schaltvorgängen ist hier wesentlich sicherer, da der auf Änderungen zu überwachende Strom dieses Aussenleiterzweiges nicht durch Ströme anderer elektrischer Geräte überlagert ist. hervorzuheben ist noch, aass während der Dauer eines Schaltvorgangs aie hohe Schutzwirkung der Zusatzschaltung (126) aufgehoben ist, falls ein Teil des über den Aussenleiterzweig (98) fliessenden Stromes über einen Menschen fliesst. Es erscheint daher ratsam, die Schaltung so zu ergänzen9 dass eine Abschaltung auch dann erfolgt, wenn AN ~ AV einen gewissen Wert überschreitet. Der Widerstand (101) sollte so klein wie möglich sein, das heisst nur so gross, dass die am Widerstand (112) entstehende Spannung einwandfrei verstärkt und ein Schaltvorgang mit Sicherheit erkannt werden kann.
Es gibt heute Fehlerstromschutzschalter, welche in eine Steckdose eingebaut sind und nur ein einziges Gerät überwachen.
Auch mit diesen Schutzschaltern treten Fehlabschaltungen auf, wenn das angeschlossene Gerät einen zu hohen Ableitstrom abfliesen lässt. Verzichtet man hier auf die Forderung, dass der Fehlerstromschutzschalter auch bei einer Verringerung des Fehlerstromes bezugsweise des Fehlerstromleitwertes abschalten soll, so tritt auch keine Fehlabschaltung auf, wenn ein Gerät ausgeschaltet wird, das einen hohen, aber noch zumassigen Ableitstrom fliessen lässt. Die Massnahme zur Verhütung von Fehlabschaltungen gemäss Patentanspruch 14 braucht daher nur noch für den Einschaltvorgang wirksam zu sein. Das würde bedeuten, dass AS oder AK nur dann durch ASchS , respektiv ASchK ersetzt wird, wenn IB - IC > #IB-ein t nicht aber wenn IB - ( < #IB-aus 9 oder wenn GB - GC > #GB-ein nicht aber wenn GB - GC < ist aus . Die Berechnung des Wertes ASchS= AS + AN ~ AV vereinfacht sich zu ASchS= AS ~ AN .
da der Wert AV zu Null wird, Die Schaltungen (32) und sowie der Subtrahiereingang (58) in Figur 1 werden damit überflüssig.
Es ist bekannt, dass der Hautwiderstand sich schnell ändert, wenn ein Strom über den Menschen fliesst. Auch aie unwillkürlichen Bewegungen Qes vom Stromdurchgang Betroffenen rufen Änderungen des Widerstandes des Menschenkörpers und des Widerstandes an den Übergangsstellen zur Erde und zu dem fehlerhaften elektrischen Gerät hervor.
Tritt nun der Fall ein, dass ein Gerät eingeschaltet wird und fliesst ein Teil des eingeschalteten Stromes über einen Menschen, so reagiert der Schutzschalter während des Schaltvorgangs überhaupt nicht, solange AN - AV einen eventuell festgesetzten Höchstwert nicht überschreitet. Nach Beendigung des Schaltvorgangs können aber die genannten Widerstandsänderungen sehr wohl zu einer Abschaltung führen.
s Der von der Schaltung bei der Errechnung de/ Wertes ASchS oder ASchK benutzte Wert AV sollte mit Sicherheit ein Wert sein, welcher vor dem Beginn des Schaltvorgangs aufgetreten war. Wird zur Erkennung des Schaltvorgangs die in Anspruch 14 erklärte Bedingung c benützt, so wird der Schaltbeginn mit einer gewissen Verspätung festgestellt.
Ist diese Verspätung etwa bis zu 20 msec, so muss als Wert AV ein Wert benutzt werden, welcher mindestens 20 msec vorher gespeichert wurde. Einen solchen Wert liefert die Schaltung (32). Ihr Aufbau ist mit dem Aufbau der Schaltung identisch, welche in der Schaltung(287) in Figur 4 zwischen den Punkten (256) und (262) angeordnet ist. Auch die Funktionsweise ist aie gleiche. Diese Schaltung besteht aus sämtlichen Bauteilen mit den fortlaufenden Zahlen von 240 bis 262 als bezugszeichen. Ihr Punkt (256) stimmt mit dem funkt (51) von Figur X, ihr Punkt (262) mit dem Punkt (33) dieser Figur überein.
In dem Patentanspruch 8 ist angegeben, dass AS ein Wert sein soll, aer grösser wird, wenn Am grösser ist als AS Der Zeitraum, wahrend dessen die Schaltung untersuchen soll, ob Am grösser ist als AS s ist in dem Anspruch 8 nicht festgelegt. Es erscheint aber vorteilhaft, wenn diese Zeit in der ungefähren Grössenordnung der Xeaktionszeit für die Selbstbefreiung eines Menschen liegt, und wenn der Wert AS sich dem Wert Am innerhalb einer solchen Zeit angleicht9 sofern Am in dieser Zeit ständig grösser als AS und nahezu konstant war.
Zusammengefasst ist die Funktionsweise des vorgeschlagenen Fehle rstromschutzschalters folgende: 1) Die Schaltung (127) in Figur 1 hält gemäss Patentanspruch 1, 2 oder 3 die Induktion im Kern 8 des Summenstromwandlers konstant und liefert an den Punkten (23) und (25) eine dem Fehlerstrom proportionale Spannung0 2) Die Schaltung (28) bildet daraus eine elektrische Grösse, etwa eine Gleichspannung9 welche den Augenblickswert Am oder den Wert A zum Zeitpunkt des letzten Durchgangs durch den Scheitelpunkt des Fehlerstromes darstellt.
3) Am Ausgang der Schaltung (57) wird ein Bezugswert AS gemäss Anspruch 7 gebildet.
4) Eventuell ist die Schaltung so gebaut, dass sie den Einfluss von Fehlerstromänderungen eliminiert, welche während eines Schaltvorgangs auftreten, wie im Patentanspruch 14 angegeben.
5) Die Schaltung-berechnet laufend oder nur zum Zeitpunkt des Durchgangs des Fehlerstroms durch den Scheitelpunkt die Differenz zwischen dem Augenblickswert Am und dem Bezugswert AS .
6) Eventuell ist eine Schaltung (74) vorhanden, welche den Wert A A durch eine Rechenoperation richtig bewertet, wenn sie daraus den Wert Wg als Mass für die Gefährdung eines Menschen ableitet.
7) Die Schaltung (129) vergleicht den an ihrem Eingang auftretenden Wert Wg mit einem oberen und eventuell einem unteren Grenzwert, die beide von einer Schaltung (128) geliefert werden. Eine Abschaltung erfolgt nicht, wenn Wg zwischen diesen Grenzwerten liegt.
Die Erfindung basiert hauptsächlich auf der Kombination mehrerer Aufgabenstellungen 1) Die vom Fehlerstrom bewirkte Durchflutung eines Wandlerkerns wird kompensiert und der Wert des gesamten Fehlerstromes, auch des Gleichstromanteils, wird über den Umweg des Kompensationsstromes erfasst.
2) Als zu überwachende Grösse werden die Fehlerstromstärke, der Fehlerstromleitwert oder die Fehlerstromkapazität verwendet.
3) Massgebend dafür, ob der Schutzschalter abschaltet, ist die Differenz der überwachten Grösse, welche in einer Zeitspanne auftritt, die ein normal reagierender Mensch für seine Befreiung von der Einwirkung eines seinen Körper durchfliessenden Stromes benötigt.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels Figur 1 zeigt aas Schema für den Aufbau eines neuartigen FehlerstromschutzschalterSF der durch Hinzufügen einer Zusatzschaltung (126) zu einem beliebig gebauten Fehlerstromschutzschalter (125) erhalten werden kann. Von dem Fehlerstromschutzschalter (125) sind nur der Kern (3) des Summenstromwandlers und die Sekundärspule (4), welche auf das Abschaltsystem wirkt, in die zeichnung aufgenommen, Teile also, welche bei allen Fehlerstromschutzschaltern gleichermassen vorhanden sind, Sollte einmal die zusätzliche Schaltung (126) nicht funktionnieren, so funktioniert der Schalter (125) immer noch auf jene Art, für die er in seiner alten Ausführung gebaut war. Der Fehlerstromschutzschalter (125) steht nur über die 2 Anschlusspunkte (5) una (6) mit der Zusatzschaltung (126) in elektrischer Verbindung. Der Anschlusspunkt (10) der Schaltung (9) ist mit dem Anschlusspunkt (12) der Spule (13) und mit dem Anschlusspunkt (16) der Schaltung (17) verbundene Der Anschlusspunkt 1) der Schaltung (9) ist mit dem Anschlusspunkt (15) der Schaltung (17) und mit dem Anschlusspunkt (14) der Spule (13) verbunden. Die Ausgänge (18) und (19) der Schaltung (17) sina an die Serienschaltung eines ohmschen Wiaerstanues (24) una einer Spule (20) angeschlossen, welch letztere sich ebenfalls auf dem Wandlerkern (8) befindet. Der eine Anschlusspunkt (23) des Widerstandes (24) ist ausserdem mit dem einen Eingang (26), der andere Anschlusspunkt (25) desselben mit dem anderen Eingang (27) einer Schaltung (28) verbunden. Der Ausgang (29) der Schaltung (28) ist mit dem Anschlusspunkt (31) der Schaltung (32), mit dem Anschlusspunkt (34) der Schaltung (35), mit dem Anschlusspunkt (60) der Schaltung (61) und mit dem Anschlusspunkt (66) der Schaltung (68) verbunden. Der Anschlusspunkt (30) der Schaltung (28) ist mit Masse verbunden.
Der Anschlusspunkt (33) der Schaltung (32) ist mit dem Anschlusspunkt (41) der Schaltung (42) und mit dem Anschlusspunkt (67) der Schaltung (68) verbunden. Der Anschlusspunkt (36) der Schaltung (35) ist mit dem Anschlusspunkt (54) der Schaltung (57) und dem Anschlusspunkt (124) des UND-Tores >123) verbunden. Der Anschlusspunkt (37) der Schaltung (35) ist mit dem Anschlusspunkt (52) der Schaltung (57) und dem Anschlusspunkt (59) der Schaltung (61) verbunden. Der Anschlusspunkt (43) der Schaltung (42) ist mit dem Anschlusspunkt (40) des Kondensators (39) und dem Anschlusspunkt (45) des Widerstandes (46) verbunden. Der Anschlusspunkt (47) des Widerstandes (46) ist mit Masse verbunden. Der Anschlusspunkt (38) des Kondensators (39) ist mit dem Anschlusspunkt (ll'l) der Schaltung (116) und mit dem Anschlusspunkt (70) der Schaltung (68) verbundene der Anschlusspunkt (44) der Schaltung (42) ist mit dem Anschlusspunkt (58) der Schaltung (61) verbunden. Der Anschlusspunkt (53) der Schaltung (57) ist mit dem Anschlusspunkt (62) der Schaltung (61) verbunden.
Der Anschlusspunkt (55) der Schaltung (57) ist mit dem Anschlusspunkt (50) des Kondensators (49) und über den Widerstand (51) mit Masse verbunden. Der Anschlusspunkt (48) des Kondensators (49) ist mit dem Anschlusspunkt (118) der Schaltung (116), dem Anschlusspunkt (122) aes UND-Tores (123) und dem Anschlusspunkt (69) der Schaltung (68) verbunden. Der Anschlusspunkt (56) der Schaltung (57) ist mit dem Anschlusspunkt (63) der Schaltung (65) verbunden. Der Anschlusspunkt (64) der Schaltung (65) ist mit dem Anschlusspunkt (71) der Schaltung (6d) verbunden. Der Anschlusspunkt (72) der Schaltung (65) ist mit dem Anschlusspunkt (73) der Schaltung (74) verbunden. Der Anschlusspunkt (75) der Schaltung (74) ist mit dem Anschlusspunkt (85) des Komparators (88) und dem Anschlusspunkt (86) des Komparators (89) verbunden. Der Anschlusspunkt (84) des Komparators (88) ist mit dem Abgriffpunkt (78) des Spannungsteilers (128) verbunden. Der Anschlusspunkt (87) des Komparators (89) ist mit dem Anschlusspunkt (81) des Spannungsteilers (128) verbunden. Am Anschlusspunkt (76) des Spannungsteilers (128) liegt eine vorgegebene Spannung von beispielsweise etwa + 15 V. Am Anschlusspunkt (83) des Spannungsteilers (128) liegt eine vorgegebene Spannung von beispielsweise etwa - 15 Vo Der Ausgang (90) des Komparators (88) ist mit der Anode der Gleichrichterdiode (91) verbunden. Der Ausgang (92) des Komparators (89) ist mit der Anode der Gleichrichterdiode (93) verbunden.
Die Kathode der Gleichrichterdiode (91) ist mit der Kathode der Gleichrichterdiode (93) und mit dem Eingang einer Verstärkerschaltung (130) verbunden. Der Ausgang der Schaltung 130 ist mit dem Anschlusspunkt (5) der Spule (4) verbunden, welche sich auf dem Kern (3) des Summenstromwandlers des Fehlerstromschutzschalters (125) befindet. Der andere Anschlusspunkt (6) der Spule (4) liegt an Masse. Der vom Hausanschlusskasten kommende Aussenleiter (1) ist zuerst durch den Summenstromwandlerkern (3) des konventionellen Fehlerstromschutzschalters (125), dann durch den Wandlerkern (8) der Zusatzschaltung (126) geführt. Er teilt sich alsdann in 3 Zweige auf, einen Zweig (94), der durch eine Schmelzsicherung (95) gesichert ist, einen Zweig (96), der durch eine Schmelzsicherung (97) gesichert ist und einen Zweig (98), der durch eine Schmelzsicherung (99) gesichert ist. In den Leiterabschnitt, welcher von der Schmelzsicherung (99) aus in Richtung der Anschlüsse für die Elektrogeräte läuft, ist ein Widerstand (lol) eingefügt. Der eine Anschlusspunkt (loo) des Widerstandes (lol) ist mit dem Anschlusspunkt (105) eines kondensators (107) verbunden. Der andere Anschlusspunkt (102) des Widerstandes (101) ist mit einem Anschlusspunkt (106) eines Kondensators (108) verbunden. Der zweite Anschlusspunkt (109) des Kondensators (107) ist mit einem Anschlusspunkt (114) der Schaltung(116) und mit einem Anschlusspunkt (111) des Widerstandes (112) verbunden. Der Anschlusspunkt (110) des Kondensators (108) ist mit dem zweiten Anschlusspunkt (113) des Widerstandes (112) und mit einem Anschlusspunkt (115) der Schaltung(116) verbunden. Der Ausgang (120) der Schaltung (119) ist mit dem Eingang (121) eines logischen UND-Tores (124) verbunden. Der Anschlusspunkt (132) der Schaltung (28) ist mit dem Aussenleiter (1) verbunden. Der Anschlusspunkt (135) der Schaltung (28) ist mit dem Nulleiter (2) verbunden. Der Anschlusspunkt (134) der Schaltung (28) ist mit dem Schutzleiter verbunden. Diese Verbindung und der Schutzleiter selbst sind in der Figur 1 nicht eingezeichnet.
Die Schaltung (9) ist eine Konstantstromquelle von erhöhter Frequenz. Der von dieser Schaltung gelieferte Strom fliesst über uie Spule (13) und ruft an deren Anschlusspunkten (12) und eine Spannungsaifferenz hervor, welche den Istwert der Induktivität repräsentiert. Diese Spule bildet zusammen mit der Spule (20), den beiden Schaltungen (9) und (17), sowie den Verbindungsleitern eine Regeleinrichtung (127), welche in der Spule (20) einen Strom hervorruft, der jeder von einem iehlerstrom hervorgerufenen Durchflutung entgegenwirKt und aie

On

Induktivi*iZ

im Kern (8) auf einen bestimmten Sollwert einregelt, soaass der Wandlerkern konstant vormagnetisiert ist. Bei gegebener Augenblicksrichtung eines auftretenden Fehlerstromes stellt sich eine Änderung aer Induktivität der Spule ein, welche von der Regeleinrich- tung sofort ausgeregelt wird. Eine gewisse Trägheit soll die Regeleinrichtung trotzaem noch aufweisen, damit sie die schnellen Induktionsänderungen, welche der Hochfrequenzstrom in der Spule (13) hervorruft, nicht ausregeln kann.
Diese Schwierigkeit lässt sich aber auch auf andere Art umgehen, wenn man ähnlich wie in der Magnetverstärkertechnik einen zweiten gleichartigen Wandler verwendet, auf welchem aie aen Bochfrequenzstrom führende Spule entgegengesetzt gewickelt ist. Der Hochfrequenzstrom bewirkt dann in dem einen Wandlerkern eine Erhöhung, in dem andern eine Erniedrigung der Induktivität. Sind die beiden hochfrequenzführenden Spulen ion Serie geschaltet, so ändert sich bei relativ kleiner Amplitude des Hochfrequenzstromes die Summe der Induktivitäten nicht und die Regeleinrichtung reagiert auf den Hochfrequenzstrom überhaupt nicht. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführung bewirkt die Schaltung (127) an den Anschlusspunkten (23) und (25) eine Spannung upF , welche dem Fehlerstrom proportional ist. Wählt man als Grösse A gemäss An- spruch 8 einfach den Fehlerstrom, so soll die Schaltung (28) eine Schaltung sein, welche an ihren Ausgängen eine Gleichspannung Ugp liefert, welche dem Scheitelwert der Spannung UpF mehr oder weniger genau proportional ist. Im Prinzip könnte die Schaltung (28) eine einfache Demodulatorschaltung sein. Damit die Welligkeit der Spannung UgF nicht zu gross wird, müsste die Zeitkonstante KC wesentlich grösser sein als die Periodendauer der Wechselspannung upF . Im Falle eines Fehlers, der eine Abschaltung erfordert, hätte dies leicht eine unannehmbare Verzögerung der Abschaltung zur Folge. Es ist daher besser, wenn die Schaltung (28) eine TS-Speichereinheit enthält, welche bei jedem Durchgang der Spannung upF durch ihren Scheitelwert diesen beheitelwert speichert. Um diese Speichereinheit zu steuern, kann eine astabile Kippschaltung, also eine XIultivibratorschaltung verwendet werden, welche von aer Brequenz der Spannung upF getaktet wird. Aber auch dann hat die Schaltung immer noch aen Nachteil, dass bei Änderungen der Netzspannung eine unerwünschte Abschaltung eintreten kann. Dieser Nachteil verschwindet, wenn die Schaltung (28) eine Rechenschaltung ist, welche gemäss Anspruch 4 etwa den jeweiligen Scheitelwert des Fehlerstromes durch den Scheitelwert der Spannung uAs + uNS oder uAE + uNE dividiert, oder eine Schaltung, die gemäss Anspruch 7 den ohmschen Leitwert oder den Scheinleitwert oder die Kapazität des Fehlerstromkreises aus Augenblickswerten des Fehlerstromes iF w der Spannung uAs + uNS oder uAS + uNS und aus deren Ableitungen nach der Zeit errechnet. Der am Ausgang (29) erscheinende Wert ist der in den Patentansprüchen genannte Wert A.
Falls die gestrichelt umrahmte Schaltung (131) keine Schaltvorgänge in aem Aussenleiterzweig (98?, den sie überwacht, feststellt, so ist an ihrem Ausgang (117) aie Spannung annähernd Null und reprasentiert eine Logisch-NULL9 während sie am komplementären Ausgang (118) etwa 5 Volt betragt und eine Logisch-EINS repräsentiert0 Die Schaltung (119) ist eine Multivibratorschaltung, welche in Abständen von 2 Sekunden ein kurzes Logisch-EINS-Signal in Form eines positiven Impulses über den Ausgang (120) zum Eingang (121) des UND-Tores (123) sendet0 Wenn nun an beiaen Eingängen (121) una (122) eine Logisch-EINS liegt, so wird am Ausgang (124) ein kurzes Logisch-EINS-Signal wirksam, gelangt zum Steuereingang (36) der TS-Einheit (35),und der vom Punkt t29) auf den Eingang (34) gelangende Spannungswert A wird an den Ausgang (37) und den Eingang (52) weitergeleitet. In der TS-Einheit (57) ist der Punkt (54) der Steuereingang für den Analog-Eingang (52), während der Punkt (55) der Steuereingang für den Analog-Eingang (53) ist.
Da die Logisch-EINS von Punkt (124) auch nach Punkt (54) gelangt, wird der Spannungswert des Punktes (52) zum Ausgang (56) weitergeleitet und gelangt weiter an den Subtrahiereingang (b)) der Schaltung (65). Hier wird sein Wert von dem Spannungswert am Eingang (64)e der die Grösse Am repräsentiert, subtrahiert. Diese Spannung gelangt nämlich vom Punkt (29) zum Punkt (66) der TS-Einheit (68). Der Steuereingang für den analogen Eingang (66) ist der Punkt (69)o An diesem liegt die Spannung der Logisch-EINS vom Punkt (118). Infolgedessen wird der die Grösse Am reprasentierende Spannungswert von Punkt (29) über (66) und (71) zum (64) der Schal- tung (65) geleitete Ist der von Punkt (124) ausgesandte Impuls zu Ende, so leiten die TS Einheiten (35) und (57) die von (29) kommenden neuen Spannungswerte nicht mehr weiter, sondern speichern den Wert A, welcher vorher9 während des Impulses, zuletzt bestanden hat. Dieser gespeicherte A-Wert wird jetzt mit AS bezeichnet. In der Subtrahierschaltung (65) wira von den neuen momentanen Spannungswerten9 die Am repräsentieren und am Punkt (64) auftreten, dieser neu gespeicherte Spannungswert AS subtrahiert, der am Punkt (63) auftritt. Das Resultat9 die Differenz A = Am - AS erscheint am Ausgang (72). Je grösser sie ist, umso mehr wird der in der nachfolgenaen Schaltung (74) berechnete Wert Wg von Null abweichen. Die Komparatorschaltung t (129) vergleicht, ob diese Abweichung den oberen oder uneren Grenzwert überschreitet. Der Grenzwert Wgzh wird durch die Spannung am Abgriff (78) des Spannungsteilers (128)9 der Grenzwert Wgzn durch die Spannung am Abgriff (81) des Spannungsteilers (128) bestimmt. Wird einer der Grenzwerte überschritten, so gibt einer der beiden Komparatoren (88) oder (89) ein Logisch-EINS-Signal ab9 das über die nachfolgende Diode geleitet, in Schaltung (130) verstärkt wird und zur Sekundärspule (4) gelangt. Hat dieses Signal die richtige Stromrichtung und Stromstärke, so bringt es den konventionellen Fehlerstromschutzschalter (125) zur Abschaltung0 Die Schaltung benötigt einen Spannungswert Wg welcher ein möglichst getreues Bild der Gefährdung des Menschen gibt.
Bekanntlich ist diese Gefährdung nicht eine einfache lineare Funktion des einen Menschenkörper durchfliessenden Stromes.
Ausserdem ist sie von der Einwirkungszeit abhängig. Will man dies berücksichtigen, so soll die Schaltung (74) eine entsprechend aufgebaute Rechenschaltung sein.
Stellt die gestrichelt umrahmte Schaltung (lSl) den Beginn eines Schaltvorganges fest, so tritt am Ausgang (117) der Schaltung (116) ein Logisch-EINS-Signal aufc Der Ausgang (118) ist im Vergleich zu (117) invertiert und führt dann eine Logisch-NULLO Sollte dann während des Schaltvorganges von der Multivibratorsehaltung (lly) ein Impuls ausgehen, so bleibt er wirkungslos, da er vom UND-Tor (123) nicht zum Punkt (124) weitergeleitet wird. Dagegen bewirkt das von (i17) ausgehende Logisch-EINS-Signal, dass über den Kondensator (39) ein kurzer positiver Impuls auf den Steuereingang (43) der TS-Einheit (42) gelangt und aie am analogen Eingang (41) liegende Spannung, welche vom Ausgang (33) der Schaltung (32) stammt und den Wert AV repräsentiert, am Ausgang (44) auftritt, von wo sie zum Subtrahiereingang (58) der Schaltung (61) gelangte Am Addiereingang (54) liegt aie von der Schaltung (35) am Ausgang (X7) gebildete, den Wert AS reprasentierende Spannung.
Solange die vom Ausgang (117) kommende Logisch-EINS anhält, gelangt der Spannungswert am Punkt (33), der AV reprasentiert, über (70) und (71) zum Eingang (64) der Subtrahierschaltung.
Letztere liefert während dieser Zeit an ihrem Ausgang (72) den Wert AV - AS . Hierbei ist AS ein Wert, der kurz vor dem Schaltbeginn bestanden hat. Die eventuelle Zunahme des Fehlerstromes wirkt sich also während der Dauer des Schaltvorganges nicht auf Wg auso In-dem Augenblick, wo der Schaltvorgang gerade zu Ende ist, erscheint am Ausgang (118) eine Logisch-EINS. Der in diesem Augenblick am Punkt (29) auftretende Spannungswert wird AN genannt. Am Ausgang (62) tritt also das Resultat der Rechnung AschS = AS + AN - Av auf. Erst jetzt wird der Spannungswert am Punkt (62) vom Eingang (53) der TS-Einheit (57) zum Ausgang (56) weitergeleitet, da von (118) über den Kondensator (49) ein Logisch-EINS-Impuls zum Steuereingang (55) gelangt. Er tritt am Subtrahiereingang (63) der Schaltung (65) auf und ersetzt die bis dahin hier gewesene, den Wert AS repräsentierende Spannung, wie es in Anspruch 14 verlangt wird0 Am Ausgang (72) tritt das Resultat = = Am - ( As + AN - AV ) auf.
Sobald von der Multivibratorschaltung der nächste Logisch-EINS-Impuls abgegeben wird, entsteht auch am Ausgang (124) des UND-Tores ein Logisch-EINS-Impuls und die TS-Einheit (35) leitet den am Ausgang (29) bestehenden Wert, der A repräsentiert, von Punkt (34) nach (37)9 da am Steuereingang (36) ein Logisch-EINS-Impuls auftritt0 Die TS-Einheit (57) leitet den Spannungswert des Punktes (37), der zum Eingang (52) gelangt, auf den Ausgang656), wo er weiter zum Eingang (63) gelangt. Dieser Wert wird nach Abklingen des Logisch-EINS-Impulses gespeichert und stellt dann AS dar. Die Subtrahierschaltung führt jetzt wieder die für die normale Bunktionsweise vorgeschriebene Subtraktion A = Am - AS aus.
Die beschriebene Schaltung hat nicht die Eigenschaft9 dass sie'wie auf Seite 12 beschrieben, bei einem Schutzschalter mit polarisiertem Haltemagnetsystem den Permanentmagnet unbeeinflusst låsstO Wird diese Eigenschaft gewünscht, so kann man auf den Stromsummenwandler (3) eine zusätzliche Spule anbringen, welche von dem gleichen Strom durchflossen wird wie die Spule (20) und so die Induktion des Kernes (3) auf einem konstanten Wert festhält. Je nach der Bauart des angeschlossenen konventionellen FI-Schalters kann es sein, dass ein von dem Ausgang aer Lusatzschaltung abgegebener Impuls den FI-Schalter nicht abzuschalten vermago In diesem Fall kann man den Impuls zum abschalten eines Reed-Relais verwenden, welches an aie Anschlüsse (5) und (6) der Spule eine Wechselspannung legt9 welche jener gleich ist, aie aort entsteht, wenn der konventionelle FI-Schalter für sich allein verwendet wird und eine Situation eintritt, dass er auf konventioneile Art abschaltet.
Für die Gewinnung des Wertes AS lassen sich auch Regeleinrichtungen verwenden. Beispielsweise kann eine Regeleinrichtung den Unterschied zwischen Raumtemperatur und der Temperatur eines Widerstandes, sozusagen dessen Übertemperatur, auf einen Wert regeln, welcher dem Wert Am proportional ist.
Der von der Messeinrichtung aer Regeleinrichtung gemessene Ist-Temperatur-Wert kann als As-Wert benutzt werden, weil infolge der Wärmekapazität des Widerstandes sich aie Solltemperatur erst nach einer gewissen Verzugszeit einstellt.
Wird ein Integralregler benutzt, so kann es auch zu einem Uberschwingen der Regelgrösse kommen, Ein solches Verhalten kann zur Vermeiaung von Fehlabschaltungen sehr erwünscht sein, besonders bei heizgeräten, bei welchen die verwendeten Isoliermaterialien sich nach dem Einschalten schnell aufheizen,und dadurch aer Fehlerstrom schnell zunimmt. Der Wert AS entspricht dann nicht mehr der im Patentanspruch 8 gegebenen Definition, sondern jener im Patentanspruch 12.
Bei den bisher beschriebenen Schaltungen wurde davon ausgegangen9 aass es unzulässig sei, dass am Eingang (64) der Subtrahierschaltung (65) auch noch andere Werte auftreten als jene, welche wirklich Am repräsentieren. Bei einer Schaltung, welche den einen der beiaen Scheitelwerte des Fehlerstromes als Am benutzt, können aber auch die anderen Augenblickswerte A auftreten, wenn die entsprechenden resultierenden Spannungswerte infolge des Aufbaus der Schaltung wirkungslos bleiben.
Auf diese Art arbeitet die in Figur 6 gestrichelt umrahmte Schaltung (402). Die von einem Fehlerstrom in der Spule 4 des konventionellen Fehlerstromschutzschalters induzierte Wechselspannung wird vom Verstarker (320) verstärkt und tritt als Wechselspannung upF am Ausgang (321) auf. Die Zeitkonstante R ' C zu der Parallelschaltung des Widerstandes (336) und des Kondensators (333) soll etwa 5 Sekunden betragen.
Der Widerstand soll so bemessen sein, dass die mittlere Spannung, welche am Anschlusspunkt (332) auftritt und als Wert benutzt wird, etwa gleich ist der Hälfte des Scheitelwerte. der am Punkt (32L) vJirksailezi 5pæjrlu-Xig, falls der Scheitelwert der Spannung upS während mehrerer Zeitkonstanten unverändert geblieben ist. In diesem Fall sollen die Widerstände (323) und (326) gleich sein, sodass die Spannung am Addiereingang (345) der Schaltung (346) gleich ist dem positiven Scheitelwert der an dem Punkt (324) und auch am Eingang (347) wirksamen Wechselspannung. Die Schaltung (546) subtrahiert den am Eingang (347) auftretenden, den Wert Am reprasentierenden Spannungswert von dem am Eingang (345) auftretenden, den Wert AS darstellenden Spannungswert. Ausjedem enthält die Schaltung (346) 2 Komparatorschaltungen Die eine bewirkt, aass am Ausgang (348) eine Logisch-EINS erscheint, wenn Wg = #A = Am - AS > Wgzh. Die Logisch-EINS soll durch eine positive Spannung von etwa 10 Volt dargestellt sein, die Logisch-NUL durch den opannungswert von etwa 0 Volt. Da A normalerweise nur während des Scheitelpunktdurchgangs grösser als AS sein kann, tritt aie EINS nur während dieser kurzen Leit auf, und der Kondensator (360) laut sich nur während dieser Zeit. Der Widerstand (363) soll so bemessen sein, dass aie Spannung des geladenen Kondensators innerhalb einer Periode nicht unterhalb des Geltungsbereichs der Logisch-EINS abfällt. Ist auch bei den folgenden Scheiteldurchgängen Wg grösser als Wgzh, so wird der Kondensator wieder aufgeladen. Eine am Komparatorausgang (348) auftretende NULL kann also nur dann am Punkt (367) eine NULL bewirken, wenn die NULL am Ausgang (348) länger dauert als 2 Perioden Die Schaltung (36b) ist eine Regenerierungsschaltung, welche aie Spannung des jeweiligen logischen Signals auf den eigentlich richtigen Wert bringt.
Die Funktionsweise des zweiten Komparators ist folgende: Ist der Scheitelwert der den Wert Am reprasentierenden Spannung niedriger als AS so bleibt #A ständig negativ, r ebenso Wg. Liegt Wg niedriger als Wgzn, so bewikt der zweite Komparator eine Logisch-NULL an seinem Ausgang, welche auch am Punkt t364) wirksam bleibt und über die Xegenerierungsschaltung (371) nach Punkt (373) gelangt. Die Schaltung (374) ist ein Inverter, andert also aie NULL in eine EINS um. Diese gelangt über die diode (377) zur Verstärkerschaltung, welche am Punkt 5 den für eine Abschaltung notwendigen Spannungszustand hervorruft. Liegt der Scheitelwert der den wert Am reprasentierenden Spannung höher als AS , so wird iLA bei jedem Scheitelpunktaurchgang kurz grösser als W. Diese kurze Zeit (356) genügt um den Kondensator/ auf EINS aufzuladen. Zu einer Entladung, welcne die Spannung in den Bereich der Logisch-NULL absinken lasse, kommt es nicht, wenn der nächste Scheiteldurchgang eine erneute Aufladung bewirkt. Die wirddurch den Inverter (371) zu einer umgeänaert,und somit unterbleibt die Abschaltung, sofern auch der erste Komparator im Punkt (369) eine NULL bewirKt, Verbindet man, wie durch punktierte Linien angedeutet, den Punkt (338) mit Punkt (340) und den Punkt (339) mit (344), so werden durch die Schaltung (405) unerwünschte Abschaltungen durch Geräteschaltvorgänge verhindert. Die Schaltung (405) welche genau so aufgebaut sein soll wie die gestrichelt umrahmte Schaltung (404). Jedoch soll die Zeitkonstante RC hier etwa 10 msec betragen, d.h. in der ungefähren Größenordnung der Dauer eines Schaltvorganges liegen. Die Schaltung (403) verhindert unerwünschte Abschaltungen durch Netzspannungsänderungen. Sie enthält die Schaltung (394), welche genau so wie die Schaltung (397) aufgebaut sein soll, mit einer Zeitkonstante, welche der Dauer von normalerweise vorkommenden Änderungen der Netzspannung, etwa 50 msec, entsprechen soll.
Zu berichtigen ist noch folgendes: DJe Spannung an den Punkten 23 und 25 soll proportional dem Fehlerstrom sein. Dies ist jedoch nur möglich, wenn z.B. auf dem Kern 8 eine weitere, nicht eingezeichnete Spule vorhanden ist, welche von Gleichstrom durchflossen ist und für sich allein die Induktion auf den fraglichen Wert bringt.

Claims

Patentansprüche Fehlerstromschutzschalter lo 1. Aufgabenstellung, aaaurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerstromschutzschalter so gebaut wird, aass die normalerweise durch einen Fehlerstrom im Kern eines Stromswnmenwandlers hervorgerufene Induktion entweder auf aem Wert null oder auf einem von null verschieaenen, aber zeitlich konstanten Wert gehalten wira, wobei die hierzu nötige Gegenaurchflutung durch einen über eine Wandlerspule fliessenden Strom IeG erzeugt wird, und die Abschaltung zum Schutz des Menschen vor elektrischen schlägen direkt oder indirekt von der Stärke des Stromes 16G oder einem daraus errechneten Wert abhängig gemacht wirao 20 Aufgabenstellung gemäss Patentanspruch 1, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass das Verbleiben der Induktion auf dem Wert null oder dem zeitlich konstanten Wert durch eine Regelschaltung bewirkt wird, wobei die Regelgrösse, hier die Induktion, durch eine magnetische sonde oder durch Messung der Induktivität ermittelt wird0 3o Aufgabenstellung gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbleiben der Induktion auf dem ert null oder dem zeitlich konstanten Wert durch eine kurzgeschlossene Sekundärspule mit extrem niedrigem, positivem ohmschen Widerstand bewirkt wird oder durch eine Schaltung, in welcher der natürliche ohmsche Widerstand der Sekundärspule mit einer Schaltung in Serie liegt, welche einen fast gleich grossen, negativen ohmschen Widerstand darstellt, sodass aer resaltierenue Widerstand einen sehr geringen positiven Wert hat.

4. Aufgabenstellung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerstromschutzschalter so gebaut wirft aass eine Abschaltung zum Schutz des Menschen vor elektrischen Schlägen erfolgt, wenn der Leitwert Y grösser wird als Ggzh , wobei Ggzh derjenige Wert von Wg ist, der sich bildet, wenn über einen Menschen ein Strom zu fliessen beginnt, der innerhalb aer Zeitspanne TB einen so hohen Wert erreicht, dass die hervorgerufene Belastung dieses Menschen das als höchstzulåssig erachtete Mass erreicht, wobei Y durch eine Rechenschaltung aus geeigneten Werten wie Effektivwerten oder Scheitelwerten des Fehlerstromes iF und der für den Fehlerstrom massgebenden Spannung (UAS uNS) oder (UAE + uNE) errechnet wird, wobei UAS den Augenblickswert der Spannung des Aussenleiters gegen den Schutzleiter, uNS den wert der Spannung des Nulleitere gegen den Schutzleiter, UAE den Augenblickswert der Spannung des Aussenleiters gegen Erde, UNE E den Augenblickswert der Spannung des Nullleiters gegen Erde bedeutet, wobei TB die Zeit ist, die ein normaler Mensch benötigt, um sich von der Einwirkung eines seinen Körper durchfliessenden Stromes zu befreien0 5. Aufgabenstellung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geeigneten Werte des Fehlerstromes, beispielsweise 1F an den Enden einer Sekundärspule eines Stromsummenwandlers abgenommen werden, ohne dass, wie in Anspruch 1, 2 oaer 3, aie Induktion auf einen bestimmten ert gehalten wird0 6. Aufgabenstellung gemäss Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie auch gleichzeitig die Merkmale gemass Anspruch 4 besitzt, wobei der geeignete Wert des Fehlerstromes aus dem unter Anspruch 1 erwahnten Strom abgeleitet wirde 7. Aufgabenstellung gemass Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, aass ein Fehlerstromschutzschalter so gebaut wird, dass die Abschaltung zum Schutze des Menschen vor elektrischen Schlägen entweder vom Wirkleitwert G oder vom Blindleitwert Bc oder gleichzeitig vom Wirkleitwert und vom Blindleitwert oder einem aquivalenten Wert abhangig gemacht wird, wobei sowohl G wie Bc aus dem Fehlerstromaugenblickswert ip, aus den Spannungsaugenblickswerten UAE und ZINKE oder AS und u und aus den Ablei-NS tungen nach aer Zeit, wie durch eine Rechenschaltung errechnet werden können' wobei ip den Fehlerstrom, uAE die Spannung zwischen Aussenleiter und Erde, uNE die Spannung zwischen Nulleiter und Erde, uAs die Spannung zwischen Aussenleiter und Schutzleiter, uNS die Spannung zwischen Nulleiter und Schutzleiter bedeuten.

8. Aufgabenstellung dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerstromschutzschalter so gebaut wird, dass er eine Schaltung enthalt, welche den Wert Wg berechnet, dass die Abschaltung zum Schutz des Menschen vor elektrischen Schlägen erfolgt, wenn die Bedingung Wg> Wgzh erfüllt ist, wenn also ein von einer besonderen Schaltung ausgegebener Wert Wg , der als Mass für die Belastung eines Menschen angesehen wird, grösser wird als ein Wert Wgeh g wobei Wg eine Funktion von /LA ist, also Wg = wobei A die für den Bau des Schutzschalters ausgewählte, vom Schutzschalter zu überwachende Grösse ist, wobei A entweder der Fehlerstrom IF oder der ohmsche Leitwert G ouer die für die Grösse des kapazitiven Fehlerstromes massgebende Kapazität C oder der Scheinleitwert Y ist, wobei AA die Differenz zweier Werte dieser Grösse #A = Am - AS ist, wobei Am der im gerade laufenden Moment tm auftretende Wert A ist, wobei AS ein wert ist, der sich mit der Zeit normalerweise se ändert, wobei nur dann grösser wird, wenn Am grösser ist normalerweist als AS und#AS nur dann kleiner wird, wenn Am kleiner ist als AS f wobei Wgzh derjenige Wert von Wg ist, der sich bildet, wenn über einen Menschen ein Strom zu fliessen beginnt, der innerhalb der Zeitspanne T3 einen so hohen Wert erreicht, dass die hervorgerufene Belastung dieses Menschen das als höchstzulässig erachtete Mass erreicht, wobei die Zeit ist, die ein normal reagierenuer Mensch benötigt, um sich von der einwirkung eines seinen Körper durchfliessenden Stromes zu befreien.

9. Aufgabenstellung gemäss Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Unterschied mit Patentanspruch 8 der Wert A5 der kleinste in der Zeit von tl bis tk aufgetretene Wert Amin ist, wobei tk ein Zeitpunkt ist der zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem gerade laufenden Augenblickspunkt tm liegt, oder wobei 10* Aufgabenstellung gemass Patentanspruch 8 oder i, dadurch gekennzeichnet, dass zum Unterschied mit Patentanspruch 9, zusätzlich oder allein, ein zweiter Bezugswert AS zur Berechnung eines zweiten Wertes #'A una eines zweiten Wertder tes Wg' benutzt wird, wobei AS' der grösste in der Zeit t1 bis tm aufgetretenenWerte ist, und dass statt der Abschaltbedingung Wg> die Abschaltbedingung Wg < Wgzn gilt, wobei Wgzn , bei Berücksichtigung seines negativen Vorzeichens, der grösste der Werte Wg ist, der sich einstellen kann, wenn in einer Anlage ein bis dahin über den Schutzleiter eines Gerätes fliessender Fehlerstrom durch Unterbrechung dieses Schutzleiters plötzlich über einen Menschen umgeleitet wird und dabei eine für den Menschen als unzulassig erachtete Belastung hervorruft0 11. Aufgabenstellung gemäss Patentanspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Unterschied mit den genannten Patentansprüchen aie Gleichung W = f(diA) ersetzt wird durch das heisst, dass Wg das Integral einer Funktion von < nach der Zeit ist, wobei #A = Am - AS, wobei t1 ein Zeitpunkt ist, aer mindestens um aie Zeitspanne TB vor dem Zeitpunkt tm liegt.

12. Aufgabenstellung gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Errechnung des Wertes #A = Am - AS statt des Wertes AS ein Wert AK eingeführt wird, welcher von einer geeigneten Schaltung geliefert wird und um den Betrag ASK = AK - AS von dem im Anspruch 9 genannten Wert AS abweichen kann, dass die Schaltung so gebaut ist, dass die Grösse ASK im Zusammenwirken mit der übrigen Schaltung nicht grösser als ein positiver Wert +#maxASK und nicht kleiner als ein negativer Wert -#minASK werden kann, und dass die Abschaltbedingung Wg<Wgzh durch die Abschaltbedingung Wg<Wgzh - #maxASK und eventuell auch die Abschaltbedingung W'g<W'gzn durch die Bedingung W'g<W'gzn + #minASK ersetzt wird.

13. Fehlerstromschutzschalter gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung von #A = Am - AS als Bezugswert AS derjenige Wert AK gewählt wird, welcher von einer Spannung dargestellt wird, die zwischen den Anschlusspunkten eines Kondensators auftritt, wenn die den Wert Am repräsentierende Spannung zwischen den beiden Anschlusspunkten einer Schaltung wirksam ist, in welcher eine Gleichrichterdiode und ein Widerstand mit der Parallelschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes in Reihe geschaltet sind.

14. Pehlerstromschutzschalter gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der berechnung von iiA Werte AS durch Werte ASchS una Werte AK durch Werte ASchK ersetzt werden, wenn eine auf einen Geräteschaltvorgang zurückführbare Änderung des Betriebsstromes oder des Betriebsstromleitwertes von solcher Art festgestellt wird, dass die Bedingung b oder c oder d oder eine geeignete Kombination derselben erfüllt ist, und wenn die betreffenden Werte AS oder unter dem Einfluss von Werten entstanden sind, die vor diesem Schaltvorgang aufgetreten sind, wobei gilt ASchS = AS + AN - AV ASchK = AK + AN - AV wobei die Werte ASchS und ASchK jene Werte sind, welche sich gebildet hätten, wenn zu allen vor dem Einschaltvorgang aufgetretenen Werten A ein Wert AN - AV hinzuaddiert worden wäre, wobei AV ein kurz vor dem Geräteschaltvorgang eingetretener Wert A ist, wobei AN ein kurz nach dem Geräteschaltvorgang eingetretener Wert A ist, wobei das Vorliegen der Bedingung b bedeuten soll, dass der Ausdruck mindestens um einen bestimmten Wert blf kleiner ist oder mindestens um einen bestimmten Wert b2f grösser ist als ein wert oaer als ein Wert -(2Xf)2 , wobei f die Netzfrequenz bedeutet, wobei iB den Augenblickswert des in dem zu überwachsenden Leiterzweig fliessenden Betriebsstromes bedeutet, wobei t die Zeit bedeutet, wobei uAN den Augenblickswert der zwischen Aussenleiter und Nulleiter bestehenden Betriebsspannung bedeutet, wobei das Vorliegen aer Bedingung c bedeuten soll, dass die Differenz GB - GC < GB-ein oder dass GB - GC < GB-aus oder dass IB - IC < IB-ein oder dass IB - IC < IB-aus wobei 1B der Scheitelwert des in dem überwachten Leiterzweig fliessenden Betriebsstromes ist, wobei GB der Leitwert dieses Leiterzweiges ist, wobei der Wert GC ein mit normalerweise der Zeit veränderlicher Wert ist, so zwar, dass erVentweder grösser wird oder seinen Wert beibehält, wenn GB normalerweise grösser ist und wobei GC/entweder kleiner wird oder seinen Wert beibehält, wenn GB kleiner ist als GC , wobei IC ein mit der Zeit veränderlichen Wert ist, so zwar dass normalerweise er/entweder grösser wird oder seinen Wert beibehält, wenn normalerweise IB grösser ist, und wobei IC/entweder kleiner wird oder seinen Wert beibehält, wenn 1B kleiner ist als IC , wobei das Vorliegen der Bedingung d bedeuten soll, dass in dem zu überwachenden Leiter eine hochfrequente Grösse auftritt, welche eine Spannung oder ein Strom sein kann, wobei die Amplitude a dieser hochfrequenten Grösse einen vorgegebenen Höchstwert amax erreicht oder übersteigt, wobei die Werte ilfe #2f, GB-ein , GB-aus , 1B-ein I IB-aus 9 amax jene Werte sind, die auftreten9 wenn ein elektrisches Gerät ein- oder ausgeschaltet wird, das hinsichtlich der Aufnahmeleistung das kleinste elektrische Gerät ist, welches über den überwachten Leiter mit Energie versorgt wira und welches in ordnungsgemassem Zustand einen so hohen Ableitstrom verursacht, dass Wg grösser wird als Wgzh oder kleiner als Wgzn und somit eine Abschaltung des Sehlerstromschutzschalters hervorruft, wenn nicht AS durch AschSbezugsweise AK durch ASchK ersetzt wird, wobei das Vorliegen der Bedingung b, c oder d durch eine geeignete Schaltung festgestellt wird.

15. Fehlerstromschutzschalter gemass einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet9 dass der Wert AS aus dem Ist-Wert einer Regelgrösse gebildet wird, welche durch eine mit Verzugszeit arbeitende Regeleinrichtung auf den Wert Am als Führungsgrösse geregelt wird.

16. Schutzschalter gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein geeignetes Bauteil die den Wert AS repräsentierende elektrische Grösse derart verändert wird, dass eine Abschaltung unterbleibt, wenn aie Schaltung einen Geräteschaltvorgang oder eine Änderung der Netzspannung von solcher Art und solchem Ausmass feststellt, dass die Gefahr einer unerwünschten Abschaltung besteht oder daaurch gekennzeichnet, dass sonstwie die wirkung des die Schaltkontakte steuernden Fehlerstromes an irgendeiner Stelle des Wirkungsweges, durch die Unterbrechung einer elektrisch leitenden Verbindung, ganz oder teilweise zeitweise unterbunden wird, wenn aie schaltung einen Geråteschaltvorgang ouer eine Änaerung aer Netzspannung von solcher Art uIld solenem Ausmass feststellt, aass die Gefahr einer unerwiinschten Abschaltung besteht.