DE102013200803A1

DE102013200803A1 - Schutz vor Gleichfehlerströmen

Info

Publication number: DE102013200803A1
Application number: DE201310200803
Authority: DE
Inventors: Manfred Debatin; Harald Günther; Jürgen Schimmer; Berthold Stelzig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2014-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) und ein Verfahren zum Schutz vor Gleichfehlerströmen. Die Vorrichtung (2) umfasst einen auf Wechselfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschalter (10), eine Sensoreinheit (12) zur Erfassung eines Gleichfehlerstroms und einen an den Fehlerstromschutzschalter (10) und an die Sensoreinheit (12) gekoppelten Fehlerstromgenerator (13) zur von der Erfassung eines Gleichfehlerstroms abhängigen Erzeugung eines den Fehlerstromschutzschalter (10) ansprechenden Wechselfehlerstroms.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schutz vor Gleichfehlerströmen.
Fehlerstrom-Schutzschaltungen sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. DE 28 51 381 C2 offenbart beispielsweise eine Fehlerstrom-Schutzschaltung für Gleich- und/oder Wechselstrom mit einem Summenstromwandler, der mit einem Auslöser verbunden ist, einer Wechselstromquelle, die eine Vormagnetisierung des Summenstromwandlers mit einer von der Netzfrequenz abweichenden Frequenz erzeugt, und einem Prüfkreis, der einen Prüfstrom aus der Netzspannung ableitet.
Bei Geräten, die im Fehlerfall glatte Gleichfehlerströme oder Fehlerströme mit kleiner Restwelligkeit verursachen, sprechen üblicherweise verwendete Fehlerstromschutzschalter des sogenannten Typs A, die auf Wechselstrom und pulsierenden Gleichstrom ansprechen, nicht an. Ein Beispiel sind Gleichstromladesäulen, deren Leistungsteil Gleichrichter enthält, die im Fehlerfall glatte Gleichfehlerströme produzieren können, die von Fehlerstromschutzschaltern des Typs A nicht abgeschaltet werden. Zum Schutz vor Fehlerströmen werden bei derartigen Geräten allstromsensitive Fehlerstromschutzschalter des sogenannten Typs B für die elektrische Installation verwendet. Fehlerstromschutzschalter des Typs B sind jedoch deutlich teurer als Fehlerstromschutzschalter des Typs A.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Schutz vor Gleichfehlerströmen anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schutz vor Gleichfehlerströmen umfasst einen auf Wechselfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschalter, eine Sensoreinheit zur Erfassung eines Gleichfehlerstroms und einen an den Fehlerstromschutzschalter und an die Sensoreinheit gekoppelten Fehlerstromgenerator zur von der Erfassung eines Gleichfehlerstroms abhängigen Erzeugung eines den Fehlerstromschutzschalter ansprechenden Wechselfehlerstroms.
Unter einem Gleichfehlerstrom wird hier ein Fehlerstrom verstanden, der ein glatter Gleichstrom oder ein Gleichstrom mit kleiner Restwelligkeit ist. Unter einem Wechselfehlerstrom wird ein Fehlerstrom verstanden, der ein Wechselstrom ist.
Die Erfindung ermöglicht es, einen auf Wechselfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschalter zum Schutz vor einem Gleichfehlerstrom einzusetzen, indem einem Gleichfehlerstrom ein Wechselfehlerstrom überlagert wird, auf den der Fehlerstromschutzschalter anspricht. Insbesondere können dadurch kostengünstigere Fehlerstromschutzschalter des Typs A anstelle von Fehlerstromschutzschaltern des Typs B zum Schutz vor Gleichfehlerströmen verwendet werden. Die Erfindung ermöglicht also vorteilhaft einerseits eine Kostenreduzierung beim Schutz vor Gleichfehlerströmen und andererseits eine Sicherheitserhöhung für Geräte in einer Installation mit nur auf Wechselfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschaltern.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoreinheit einen Summenstromwandler zur Erfassung des Gleichfehlerstroms umfasst.
Summenstromwandler haben sich zur Fehlerstromerfassung in Fehlerstromschutzschaltern bewährt und eignen sich daher vorteilhaft zur Erfassung von Gleichfehlerströmen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Fehlerstromgenerator eine Auswertelogikeinheit zur Auswertung eines Sensorsignals der Sensoreinheit und zur Erzeugung eines Auslösesignals für die Erzeugung des Wechselfehlerstroms in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Auswertung umfasst.
Mittels der Auswertelogikeinheit kann vorteilhaft ein Auslösesignal in Abhängigkeit von der Signalstärke des von der Sensoreinheit ausgegebenen Sensorsignals erzeugt und dabei eine Ansprechschwelle für die Erzeugung des Wechselfehlerstroms eingestellt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Fehlerstromgenerator ein Wechselstromkreisglied zur Erzeugung des Wechselfehlerstroms umfasst, wobei das Wechselstromkreisglied einen Auslöseschalter umfasst, der im geschlossenen Zustand die Erzeugung des Wechselfehlerstroms ermöglicht und im geöffneten Zustand die Erzeugung des Wechselfehlerstroms verhindert.
Auf diese Weise kann durch Schließen des Auslöseschalters in einfacher Weise mittels des Wechselstromkreisgliedes der Wechselfehlerstrom erzeugt werden.
Dabei verbindet das Wechselstromkreisglied vorzugsweise einen Außenleiter und entweder eine Funktionserdung oder eine Schutzerdung einer mit dem Fehlerstromschutzschalter verbundenen Wechselstromversorgung.
Dies ermöglicht vorteilhaft, den Wechselfehlerstrom in die Funktionserdung oder Schutzerdung einer Wechselstromversorgung einzuprägen und dadurch den Fehlerstromschutzschalter sicher und schnell auszulösen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schutz vor Gleichfehlerströmen mittels eines auf Wechselfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschalters wird eine Ansprechschwelle für den Gleichfehlerstrom vorgegeben, der Gleichfehlerstrom mittels einer Sensoreinheit erfasst und mittels eines Fehlerstromgenerators ein den Fehlerstromschutzschalter ansprechender Wechselfehlerstrom erzeugt, wenn der von der Sensoreinheit erfasste Gleichfehlerstrom die Ansprechschwelle überschreitet.
Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, einen auf Wechselfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschalter mit den oben bereits genannten Vorteilen zum Schutz vor Gleichfehlerströmen einzusetzen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass zusätzlich zur Erzeugung eines Wechselfehlerstroms eine den Gleichfehlerstrom verursachende elektrische Komponente abgeschaltet wird, wenn der von der Sensoreinheit erfasste Gleichfehlerstrom die Ansprechschwelle überschreitet.
Dadurch wird bei einem erfassten Gleichfehlerstrom nicht nur der Fehlerstromschutzschalter ausgelöst, sondern vorteilhaft auch die Ursache des Gleichfehlerstromes abgeschaltet.
Entsprechend oben bereits genannten Ausgestaltungen von Vorrichtungen zum Schutz vor Gleichfehlerströmen sehen Ausgestaltungen des Verfahrens vor, dass der Wechselfehlerstrom vorzugsweise zwischen einem Außenleiter und entweder einer Funktionserdung oder einer Schutzerdung durch eine mit dem Fehlerstromschutzschalter verbundene Wechselstromversorgung erzeugt wird.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass eine Ansprechschwelle für den Gleichfehlerstrom vorgegeben wird, die unterhalb einer Schwelle für eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters liegt. Vorzugsweise beträgt die Ansprechschwelle für den Gleichfehlerstrom dabei höchstens 6 mA.
Dadurch wird die Ansprechschwelle vorteilhaft so klein bemessen, dass die Empfindlichkeit von Fehlerstromschutzschaltern des Typs A nicht beeinträchtigt wird.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Schutz vor einem Gleichfehlerstrom in einer Ladesäule, und
2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Schutz vor einem Gleichfehlerstrom in einer Ladesäule.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Gleichstromladesäule 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 2 zum Schutz vor Gleichfehlerströmen.
Die Gleichstromladesäule 1 weist einen Leistungsteil 3 auf, der an eine Wechselstromversorgung angeschlossen ist. Die Wechselstromversorgung ist dreiphasig ausgebildet und weist drei Außenleiter 4, 5, 6, einen Neutralleiter 7, sowie eine Schutzerdung 9 und/oder eine Funktionserdung 8 auf. Der Leistungsteil 3 enthält nicht näher dargestellte Gleichrichter, die in einem Fehlerfall glatte Gleichfehlerströme produzieren können.
Die Vorrichtung 2 zum Schutz vor Gleichfehlerströmen umfasst einen auf Wechselfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschalter 10 des Typs A, der in einer Gebäudeinstallation 11 angeordnet und an die Außenleiter 4, 5, 6 und den Neutralleiter 7 der Wechselstromversorgung angeschlossen ist. Ferner umfasst die Vorrichtung 2 eine Sensoreinheit 12 zur Erfassung von Gleichfehlerströmen und einen an die Sensoreinheit 12 gekoppelten Fehlerstromgenerator 13 zur von der Erfassung eines Gleichfehlerstroms abhängigen Erzeugung eines den Fehlerstromschutzschalter 10 ansprechenden Wechselfehlerstroms. Die Sensoreinheit 12 und der Fehlerstromgenerator 13 sind in der Gleichstromladesäule 1 angeordnet.
Die Sensoreinheit 12 umfasst einen gleichstromfähigen Summenstromwandler 14, der mit den Außenleitern 4, 5, 6 und dem Neutralleiter 7 der Wechselstromversorgung verbunden ist, sowie eine Signalaufbereitungseinheit 15.
Der Fehlerstromgenerator 13 umfasst eine Auswertelogikeinheit 16, einen Treiber 17 und ein Wechselstromkreisglied 18 mit einem Auslöseschalter 19. Das Wechselstromkreisglied 18 verbindet einen Außenleiter 4, 5, 6 und die Funktionserdung 8, beispielsweise über einen Widerstand, miteinander. Der Auslöseschalter 19 ist im fehlerfreien Fall geöffnet.
Die Vorrichtung 2 zum Schutz vor Gleichfehlerströmen umfasst ferner einen Gleichstrom-Prüfkreis 22 mit einer Versorgungsspannung 20, einem Taster 21 und einem Prüfkreis-Widerstand 23. Durch Betätigen des Tasters 21 wird ein Prüfgleichstrom zur Überprüfung der Gleichfehlerstromerfassung und Auslösung des Fehlerstromschutzschalters 10 durch die Vorrichtung 2 erzeugt, d.h. mittels des Gleichstrom-Prüfkreises 22 kann durch Betätigen des Tasters 21 die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung 2 überprüft werden. Der Prüfgleichstrom wird dabei der Signalaufbereitungseinheit 15 zugeführt. Im Normalbetrieb der Vorrichtung 2 ist der Taster 21 geöffnet.
Ein Gleichfehlerstrom wird mittels des Summenstromwandlers 14 erfasst und in eine zu dem Gleichfehlerstrom proportionale Spannung umgewandelt. Dieses Spannungssignal wird der Signalaufbereitungseinheit 15 zugeführt, von ihr aufbereitet und der Auswertelogikeinheit 16 zugeführt. Wenn der Gleichfehlerstrom eine Ansprechschwelle I_ΔN überschreitet, erzeugt die Auswertelogikeinheit 16 ein Auslösesignal, das dem Treiber 17 und dem Leistungsteil 3 der Gleichstromladesäule 1 zugeführt wird. Die Ansprechschwelle I_ΔN wird dabei so klein gewählt, dass die Empfindlichkeit des Fehlerstromschutzschalters 10 nicht beeinträchtigt wird. Vorzugsweise wird eine Ansprechschwelle I_ΔN gewählt, die 6 mA nicht übersteigt.
Der Treiber 17 schließt nach Erhalt des Auslösesignals den Auslöseschalter 19 des Wechselstromkreisgliedes 18, welches darauf einen Wechselfehlerstrom erzeugt, auf den der Fehlerstromschutzschalter 10 anspricht. In dem Leistungsteil 3 wird auf das Auslösesignal hin die den Gleichfehlerstrom verursachende elektrische Komponente abgeschaltet.
2 zeigt eine Gleichstromladesäule 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 2 zum Schutz vor Gleichfehlerströmen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass das Wechselstromkreisglied 18 einen Außenleiter 4, 5, 6 und die Schutzerdung 9 der Wechselstromversorgung verbindet.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2851381 C2 [0002]

Claims

Vorrichtung (2) zum Schutz vor Gleichfehlerströmen, umfassend – einen auf Wechselfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschalter (10), – eine Sensoreinheit (12) zur Erfassung eines Gleichfehlerstroms – und einen an den Fehlerstromschutzschalter (10) und an die Sensoreinheit (12) gekoppelten Fehlerstromgenerator (13) zur von der Erfassung eines Gleichfehlerstroms abhängigen Erzeugung eines den Fehlerstromschutzschalter (10) ansprechenden Wechselfehlerstroms.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (12) einen Summenstromwandler (14) zur Erfassung eines Gleichfehlerstroms umfasst.
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerstromgenerator (13) eine Auswertelogikeinheit (16) zur Auswertung eines Sensorsignals der Sensoreinheit (12) und zur Erzeugung eines Auslösesignals für die Erzeugung des Wechselfehlerstroms in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Auswertung umfasst.
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerstromgenerator (13) ein Wechselstromkreisglied (18) zur Erzeugung des Wechselfehlerstroms umfasst, wobei das Wechselstromkreisglied (18) einen Auslöseschalter (19) umfasst, der im geschlossenen Zustand die Erzeugung des Wechselfehlerstroms ermöglicht und im geöffneten Zustand die Erzeugung des Wechselfehlerstroms verhindert.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromkreisglied (18) eine Funktionserdung (8) und einen Außenleiter (4, 5, 6) einer mit dem Fehlerstromschutzschalter (10) verbundenen Wechselstromversorgung elektrisch verbindet.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromkreisglied (18) eine Schutzerdung (9) und einen Außenleiter (4, 5, 6) einer mit dem Fehlerstromschutzschalter (10) verbundenen Wechselstromversorgung elektrisch verbindet.
Verfahren zum Schutz vor Gleichfehlerströmen mittels eines auf Wechselfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschalters (10), wobei – eine Ansprechschwelle für den Gleichfehlerstrom vorgegeben wird, – der Gleichfehlerstrom mittels einer Sensoreinheit (12) erfasst wird, – und mittels eines Fehlerstromgenerators (13) ein den Fehlerstromschutzschalter (10) ansprechender Wechselfehlerstrom erzeugt wird, wenn der von der Sensoreinheit (12) erfasste Gleichfehlerstrom die Ansprechschwelle überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Erzeugung eines Wechselfehlerstroms eine den Gleichfehlerstrom verursachende elektrische Komponente abgeschaltet wird, wenn der von der Sensoreinheit (12) erfasste Gleichfehlerstrom die Ansprechschwelle überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselfehlerstrom zwischen einer Funktionserdung (8) und einem Außenleiter (4, 5, 6) durch eine mit dem Fehlerstromschutzschalter (10) verbundene Wechselstromversorgung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselfehlerstrom zwischen einer Schutzerdung (9) und einem Außenleiter (4, 5, 6) durch eine mit dem Fehlerstromschutzschalter (10) verbundene Wechselstromversorgung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansprechschwelle für den Gleichfehlerstrom vorgegeben wird, die unterhalb einer Schwelle für eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters (10) liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprechschwelle für den Gleichfehlerstrom höchstens 6 mA beträgt.