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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Verwendung von Elementen
mit einer positiven Temperaturkoeffizient-Widerstandsgröße (PCT) in
Stromkreisunterbrechervorrichtungen und insbesondere auf die Verwendung
von PTC-Elementen
für den
Kurzschluss- und Überlastungsschutz
mit Lichtbogenfehler-Stromkreisunterbrechern
(AFCI) und Erdungsfehler-Stromkreisunterbrechern (GFCI).
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Stromkreisunterbrecher,
wie etwa Stromkreis-Trennschalter, finden bei häuslichen und industriellen
Anwendungen bei der Unterbrechung des elektrischen Stroms in Hochspannungsleitungen beim
Auftreten unterschiedlicher Fehlerzustände, wie etwa einem starken Überstrom,
Verwendung, die durch Kurzschlüsse
oder Erdungsfehler verursacht werden. Ein Erdungsfehler-Unterbrecher
(GFCI) ist ein Unterbrecher, der einen Stromkreis unterbricht, wenn
er einen Kriechstrom zur Erde erfasst, der normalerweise Erdungsfehler
genannt wird. GFCIs sind oftmals in elektrischen Haushaltsteckdosen
vorgesehen, die in vielen Fällen
im Haus an Orten, wie etwa Badezimmern und Küchen, angebracht sind, um gegen
derartige Kurzschlüsse
oder Kriechströme
zur Erde infolge Wasser oder Feuchtigkeit oder dergleichen, die
in die Schutzschaltung oder ein Gerät oder eine Vorrichtung, die
mit der Schutzschaltung verbunden sind, eintritt, Schutz zu bieten.
Die GFCI-Schaltung
erfordert es jedoch im allgemeinen, dass sie in einen Stromkreis
gekoppelt ist, der von einem Stromkreisunterbrecher geschützt ist,
um den Stromkreis vor Überlastungs-
und Kurzschlusszuständen
zu schützen.
Das heißt,
ein herkömmlicher Stromkreisunterbrecher
stellt im allgemeinen diese Überlastungs-
und Kurzschlussfunktionen in Verbindung mit einer GFCI-Steckdose
bereit.
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Ein
weiterer Typ eines elektrischen Fehlers, nämlich ein Lichtbogenfehler,
kann ebenfalls in Stromkreisen auftreten, die sowohl durch GFCI-Steckdosen-
als auch Stromkreisunterbrecher geschützt sind. Diese Lichtbogenfehler
sind unbeabsichtigte Lichtbögen
entweder von Leitung zu Leitung oder von Leitung zu Erde. Wenngleich
herkömmliche Stromkreisunterbrecher
Ströme
oder Spannungen eines relativ hohen Pegels erfassen können und
den Stromkreis unterbrechen, können
sie im allgemeinen Lichtbögen
eines relativ geringen Pegels nicht erfassen. Es sollte jedoch im
allgemeinen auch für
Schutz vor zahlreichen Lichtbögen
geringen Pegels gesorgt sein. Im allgemeinen gibt es eine vorhandene
Technologie zum Schutz vor Lichtbogenfehlern, d.h. Lichtbogenfehler-Stromkreisunterbrecher
(AFCI), wie etwa jene, die von der Square D Company, der Bevollmächtigten
dieser Anmeldung, vertrieben werden.
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Ein
weiteres Problem, das mit dem Vorgang der Unterbrechung des Stromes
während
schwerwiegender Überstromzustände in Verbindung
steht, ist die Lichtbogenbildung. Eine Lichtbogenbildung tritt zwischen
den Kontakten von Stromkreisunterbrechern und/oder Erdungsfehlerunterbrechern
auf, die verwendet werden, um den Strom zu unterbrechen, und ist
aus zahlreichen Gründen
unerwünscht.
Eine Lichtbogenbildung kann eine Beeinträchtigung der Kontakte des Unterbrechers
verursachen und bewirken, dass sich ein Gasdruck aufbaut. Sie erfordert
es zudem, dass die Stromkreis-Unterbrecher und/oder GFCIs einen
größeren Zwischenraum
zwischen den Kontakten in der geöffneten
Stellung aufweisen, um sicherzustellen, dass der Lichtbogen bei
vollständig geöffneter
Stellung der Kontakte nicht fortbesteht.
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Vorrichtungen
nach dem Stand der Technik versuchten in einer Reihe von Ansätzen, das
Auftreten der Lichtbogenbildung einzuschränken. Bei einem Hochleistungs-Schalteinrichtung
können
die Stromkreisunterbrecherkontakte in einem Vakuum oder in einer
SF6-Atmosphäre eingeschlossen sein. Beide
Ansätze
sind kostenintensiv. Daneben hat sich herausgestellt, dass SF6 ein Treibhausgas ist.
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Ein
weiterer Ansatz, der bei Stromkreisunterbrechern angewendet wurde,
um das Ausmaß der Lichtbogenbildung
einzuschränken,
besteht in der Verwendung eines Widerstandes, der mit den Hauptkontakten
des Stromkreisunterbrechers parallelgeschaltet ist. Beim Öffnen der
Hauptkontakte kann Strom weiterhin durch den Abzweigwiderstand fließen, wodurch
wirkungsvoll des Ausmaß der
Lichtbogenbildung an den Hauptkontakten verringert wird. Der Strom,
der durch den Widerstand fließt,
ist geringer als der Kurzschlussstrom, der durch die Hauptkontakte
ohne Widerstand fließen
würde,
wobei die Öffnung
eines zweiten Paares von Kontakten, die mit dem Widerstand in Reihe
geschaltet sind, mit einer geringeren Lichtbogenbildung erreicht
werden kann, als sie ohne den Abzweigwiderstand auftreten würde.
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Khalid
erläutert
einen strombegrenzenden Stromkreisunterbrecher, bei dem die strombegrenzenden
Kontakte mit den Hauptkontakten eines Unterbrechers in Reihe geschaltet
sind. Das Öffnen
der Begrenzungskontakte zweigt den hohen Fehlerstrom durch den Widerstand
ab. Der Widerstand ist ein Metalldrahtwiderstand mit einem positiven
PCT-Widerstandswert. Der Fluss des Kurzschlussstroms durch den Widerstand
erwärmt
den Widerstand, wodurch dessen Widerstandswert erhöht und der
Aufbau des Kurzschlussstroms begrenzt wird.
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Perkins
et al. beschreiben einen PTC-Widerstand, der den Metallisolator-Festkörperübergang
in (V, Cr)2O3 verwendet.
Bei einer Übergangstemperatur
von 80°C
nimmt der Widerstandswert eines keramischen Körpers, der (V, Cr)2O3 enthält,
auf einen Wert des Hundertfachen des Wertes bei 20°C zu. Sie beschreiben
die Verwendung eines PTC-Elementes für den Überstromschutz als Ersatz für einen
Bimetallstreifen für
den Überstromschutz.
Der Schalter ist mit einem PTC-Element
verbunden, das durch die Betätigungsspule
für den
Schalter abgezweigt wird. Während
normaler Betriebszustände
fließt
der Strom durch den PTC-Widerstand.
Während
Kurzschlusszuständen
führt die
schnelle Erwärmung
des PTC-Widerstandes zu einem erhöhten Widerstand und zu einer
erhöhten
Spannung über
den PTC-Widerstand, wodurch Strom durch die Betätigungsspule abgezweigt wird,
die anschließend
den Schalter auslöst.
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Hansson
et al. (
US-Patent No. 5.382.938 ) beschreibt
ein PTC-Element, das in der Lage ist, Kurzschlussströmen ohne
Schaden zu widerstehen, wodurch es als Überspannungs-Schutzvorrichtung für einen
Motor wiederverwendet werden kann. Das PTC-Element ist mit einem
Schalter in Reihe und mit einer Erregerspule parallel geschaltet,
die den Schalter betätigt.
Ein Überstrom
im Stromkreis erwärmt das
PTC-Element, wobei bei einer bestimmten Temperatur dessen Widerstand
stark ansteigt. Die Spannung über
das PTC-Element reicht anschließend aus,
damit die Erregerspule den Schalter auslöst. Hansson et al. (
WO 91/12643 ) beschreibt
eine kompliziertere Erfindung für
einen Motor- und einen Kurzschlussschutz unter Verwendung eines
PTC-Elementes. Ein Schalter ist mit einer Auslösschaltung in Reihe geschaltet,
die aus zwei parallel angeschlossenen Stromverzweigungen besteht.
Eine dieser Verzweigungen verfügt über die
Erregerspule für
den Schalter, während
die andere Verzweigung zwei PTC-Widerstände aufweist. Überstromzustände bewirken
den Aufbau einer Spannung über
die PTC-Widerstände, die
anschließend
die Erregerspule für
den Schalter aktiviert.
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Chen
(
US-Patent No. 5.629.658 )
beschreibt eine Anzahl von Vorrichtungen, bei denen PTC-Elemente
in Verbindung mit zwei oder mehr Schaltern verwendet werden, um
den Strom unter Kurzschlussbedingungen zu begrenzen und dadurch
die zugehörige
Lichtbogenbildung zu verringern. Chen verwendet ein PTC-Element
in einem Stromkreisunterbrecher zum Absorbieren der sogenannten "Unterbrechungs"-Energie, die andernfalls
eine Lichtbogenbildung während
des Unterbrecherbetriebs erzeugen könnte.
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Legatti
(
US-Patent No. 4.931.894 )
bezieht sich auf eine Erdungsfehl-Urunterbrecher-(GFCI) Schaltung, die
einen GFCI-Differentialtransformator verwendet. Eine Sekundärwicklung
ist auf dem Kern des GFCI-Transformators angebracht, um ein erfassbares
Signal in Erwiderung eines Lichtbogenstromes zwischen einer Hochspannungsleitung
und der geerdeten Metallumhüllung
oder der Ummantelung eines Starkstromkabels zu erzeugen, indem die
Sekundärwicklung
in Reihe zwischen die Metallumhüllung
und die Null-Leitung geschaltet wird. Unter anderem erfordert diese
Schaltung eine separate Erdleitung und einen separaten Draht zum
Anschluss an die Kabelumhüllung.
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Ein
weiterer Ansatz zur Verringerung der Lichtbogenbildung in Stromkreisunterbrechern
beinhaltet die Verwendung mechanischer Einrichtungen, um den Lichtbogen
zu brechen. Belbel et al. (
US-Patent
No. 4.562.323 ) beschreibt einen Schalter, bei dem eine
elektrische isolierende Abschirmung zwischen die Kontakte während der Öffnung der
Kontakte eingefügt
wird. Die Steuerung der Bewegung der Abschirmung wird durch Antriebseinrichtungen
erreicht, die von jenen getrennt sind, die die Trennung der Kontakte
bewirken. Belbel et al. (
US-Patent
No. 4.677.266 ) beschreibt einen weiteren Schalter, der über eine
isolierende Abschirmung verfügt,
die sich der Unterbrechungsgeschwindigkeit anpasst, wenn der Strom
zunimmt. Brakowski et al. (
US-Patent
No. 4.801.772 ) beschreibt einen strombegrenzenden Stromkreisunterbrecher,
bei dem ein Isolierkeil zwischen die Kontaktarme eingefügt wird,
wenn sich diese öffnen.
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MacKenzie
and Engel (
US-Patent No. 5.224.006 )
beschreibt einen elektronischen Stromkreisunterbrecher, der eine
Stromerfassungseinrichtung und eine Erdungsfehler-Erfassungseinrichtung zum
Schutz vor Sputter-Lichtbogenfehlern und Erdungsfehlern sowie eine
Erfassungseinrichtung zwischen Leiter und Nullleiter beinhaltet,
um einen Überstromfehlerschutz
und einen Fehlerschutz zwischen und Leiter und Nullleiter bereitzustellen.
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Die
meisten Verfahren des Standes der Technik, die oben beschrieben
wurden, wenden sich industriellen Anwendungen zu. Für die Verwendung zu
Hause kann der Betrieb, wenngleich die Spannung und die Lasten geringer
sind, im Handel verfügbarer
Stromkreisunterbrecher und GFCIs weiterhin von einem erheblichen
Umfang einer Lichtbogenbildung begleitet sein. Die vorliegende Erfindung
erzielt die Unterbrechung des elektrischen Stroms mit einer Verringerung
der Lichtbogenbildung, des Lärms
und der Gasentlüftung.
Die vorliegende Erfindung kombiniert einen AFCI und einen GFCI mit
PTC-Elementen und zugehörigen
Schaltungen für
den Kurzschluss- und den Überlastschutz
in einer zweckdienlichen Form, die sich für die Verwendung bei Haushaltssteckdosen
oder dergleichen eignet. Die vorliegende Erfindung verringert zudem
die Kosten sowie die Einschließungs-Anforderungen für einen
Stromkreisschutz in Wohngebäuden.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet ein PTC-Element in einer
GFCI-Steckdose in Reihe
mit der Last. Der erhöhte
Widerstandswert des PTC-Elementes
während
einer Überlast
wird verwendet, um den Strom auf einem parallelen Weg zu leiten und
so ein Relais oder eine Auslösespule
zum Öffnen der
Hauptkontakte anzusteuern. Um einen Hitzschaden an den PTC-Elementen
während
eines Kurzschlusses zu verhindern, sind ein oder mehrere Metalloxid-Varistoren mit der
PTC-Komponente parallel geschaltet. Dadurch wird die Maximalspannung
(und somit der Umfang der Erwärmung)
begrenzt, die im PTC-Element
auftritt.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Möglichkeit, dass ein Stromkreisunterbrecher
ein PTC-Element beinhaltet, um auf Erdungsfehler zu reagieren. Eine
Erdungsfehler-Unterbrecherschaltung wird verwendet, um die Relaisspule
zu aktivieren.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist eine serielle Spule auf denselben Kern gewickelt wie die Auslösespule,
um zusätzlichen
Kurzschlussschutz zu bieten.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung verwendet eine Umschaltvorrichtung, die von einer Erdungsfehler-Erfassungsschaltung
ausgelöst
wird, um den Strom durch das Relais abzusenken und so die Hauptkontakte
zu öffnen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
löst eine Lichtbogenfehler-Erfassungsschaltung
die Umschaltvorrichtung aus.
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Beispiele
der wichtigeren Merkmale der Erfindung wurden relativ weit zusammengefasst,
damit die folgende detaillierte Beschreibung derselben besser verständlich ist
und damit die Beiträge
zum Stand der Technik besser wertgeschätzt werden können. Diese
und andere Merkmale der Erfindung, die im folgenden beschrieben
wird, bilden den Gegenstand der beigefügten Ansprüche.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
die Verwendung eines PTC-Elementes in einer Schutzvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
eine Schutzanordnung, ähnlich 1,
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt
eine Schutzanordnung, ähnlich 1,
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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4 und 5 zeigen
eine Wandsteckdose bzw. eine Steckdosenleiste, in der die Schutzvorrichtung
der Erfindung verwendet werden kann.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
GFCI-(Erdungsfehler-Stromkreisunterbrecher-)Steckdose schaltet die
Elektrizität
ab, indem sie normalerweise zwei Kontakte öffnet, sofern es einen Kriechstrom
zur Erde (d.h. zur Erdung) gibt. Dieses Kriechen wird Erdungsfehler
genannt. Eine GFCI-Steckdose ist normalerweise zu Hause an Orten,
wie etwa einem Badezimmer oder einer Küche angebracht, um die Menschen
von einem elektrischen Schlag zu schützen. Ein Stromkreisunterbrecher
ist im Stromkreis einer GFCI-Steckdose erforderlich, um den Stromkreis
vor einer Überlastung und/oder
einem Kurzschluss zu schützen.
Es kann jedoch ein weiterer Typ einer elektrischen Gefährdung in
einem Stromkreis vorhanden sein, der von einem GFCI geschützt wird,
wie etwa ein Lichtbogen- oder ein Lichtbogenbildungsfehler. Lichtbogenfehler sind
unbeabsichtigte Lichtbögen
von Leitung zu Leitung oder Leitung zu Erde, die im Stromkreis auftreten
können.
Es sollte selbst ein Schutz vor Lichtbögen geringen Pegels (d.h. geringen
Stroms) gegeben sein, indem der Stromkreis unterbrochen (d.h. geöffnet) wird.
Zahlreiche dieser Lichtbögen
geringen Pegels können
jedoch von einem Stromkreisunterbrecher oder einer GFCI-Steckdose nicht erfasst
werden. Es gibt eine bestehende Technik für derartige AFCI-(Lichtbogenfehler-Stromkreisunterbrecher) Produkte,
wobei jedoch keines von diesen bislang in einer GFCI-Steckdose enthalten
war.
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Die
Erfindung sieht eine GFCI-Steckdose mit einer AFCI-Funktion und
zudem die Verwendung eines leitfähigen
Polymer-PTC-Elementes (PTC – Positiver
Temperraturkoeffizient-Widerstandswert) vor, um den Stromkreis vor
Kurzschlüssen
und/oder Überlastungen
zu schützen.
Diese GFCI-Steckdose kann Teil einer Wandsteckdose (4)
oder Teil einer Steckdosenleiste (5) sein.
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1 zeigt
eine Stromkreis-Schutzvorrichtung, wie etwa eine GFCI/AFCI-Steckdose 10 gemäß der Erfindung
mit einem 115-120-VAC-Haushalts-Stecker 11 sowie einem
stromführenden
Leiter und einem Null-Leiter 25, 26. In 1 sind
eine oder mehrere PTC-Komponenten 12 mit dem stromführenden
Leiter 25 in Reihe geschaltet. Wenngleich ein einziges
PTC-Element 12 dargestellt ist, können mehrere PTC-Elemente in
Reihe oder parallel geschaltet sein, um die gewünschte Stromnenngröße, den
gewünschten
Spannungsabfall oder den gewünschten
Widerstand zu erreichen. Die PTC-Komponenten können leitfähige Polymere, wie etwa Poly-SwitchesTM sein, die von Raychem and Bourns hergestellt
werden, oder keramisches BaTiO3 oder ein
beliebiges anderes PTC-Material sein, das einen spezifischen Widerstand
von mehr als 0,1 Ωcm
bei Raumtemperatur hat.
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Ein
Satz von Kontakten 14 ist ebenfalls mit dem stromführenden
Leiter 25 in Reihe geschaltet. Der Satz von Kontakten 14 ist
mit der PTC-Komponente 12 in Reihe geschaltet. Ein Metalloxid-Varistor-(MOV-)Unterdrückungsvorrichtung 15 und
eine Spule 16 sind jeweils angeschlossen, wie es im Bezug
auf die PTC-Komponente 12 gezeigt ist. Der MOV ist parallel
zur Last im Stromkreis von 1 geschaltet.
Die Unterdrückungsvorrichtung 15 kann eine
Silizium-Avalanche-Suppressor-Diode
(SASD) anstelle eines MOV sein. Zwei oder mehr MOV- oder SASD-Vorrichtungen können je
nach Wunsch (in Reihe oder parallel) verwendet werden, um die Nenngrößen zu erreichen,
die mit jenen der PTC-Komponente(n) 12 übereinstimmen. Zudem sind zwei
Dioden 17 mit der Schaltung verbunden, wie es in 1 gezeigt ist.
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Es
werden zwei unterschiedliche Stromtransformatoren (CT) 20 und 24 verwendet,
um Erdungs- bzw. Lichtbogenfehler zu erfassen. Sie sind mit einer
Schaltkarte 19 mit elektronischen GFCI/AFCI-Komponenten
verbunden. Details der e lektronischen Komponenten und Schaltungen
auf der Karte 19 sind in 1 aus Gründen der
Einfachheit nicht dargestellt. Im allgemeinen sprechen die elektronischen
Komponenten und Schaltungen der Schaltkarte 19 auf die
jeweiligen Eingangssignale an, die von den CTs 20 und 24 zugeführt werden,
um diese Signale zu analysieren und zu bestimmen, ob entweder Erdungsfehler
oder Lichtbogenfehler in einem Leitungsstromkreis vorhanden sind,
der mit der Steckdose 10 verbunden ist. Bei Vorhandensein
derartiger Erdungsfehler oder Lichtbogenfehler erzeugen diese Schaltungen
einen Ausgang zu einem Auslöse-
oder Steuereingang 28 einer Umschaltvorrichtung 18,
wie etwa einem SCR, der in die Schaltung zwischen die Diode 17 und
den Null-Leiter 26 gekoppelt ist. Der SCR kann auch auf
der Schaltkarte 19 angebracht sein. Ein Beispiel derartiger
AFCI/GFCI-Schaltungen,
die auf der Schaltkarte 19 verwendet werden können, ist
in der Parallelanmeldung No. 09/026.193 dargestellt, die am 19.
Februar 1998 eingereicht wurde.
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Die
Steckdose 10 ist derart beschaffen, dass sie die Kontakte 14 durch
die Tätigkeit
der Spule 16 während
einer geringen Überlast
von etwa 135% bis 200% ihrer nominalen Ampere-Nenngröße öffnet. Der
Widerstand der Spule 16 ist so gewählt, dass er größer als
jener des PTC 12 bei Raumtemperatur ist. Bei normalen Vorgängen fließt der Großteil des Stroms
durch das PTC 12 anstelle durch die Spule 16.
Die Spule 16 wird aktiviert, um die Kontakte 14 immer
dann auszulösen,
d.h. zu öffnen,
wenn die Spannung über
das PTC 12 und der Strom durch das PTC 12 und
demzufolge der Strom durch die Spule 16 bestimmte Werte
erreichen. Während
einer Überlast
wärmt Starkstrom,
der durch die PTC-Komponente(n) 12 fließt diese
auf. Der Widerstand der PTC-Komponente(n) 12 nimmt stark
zu, während ihre
(deren) Temperatur über
einen Schwellenwert ansteigt. Wenn die Spannung über der (den) PTC-Komponente(n)
einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, wird die Spule 16 aktiviert.
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Während eines
Kurzschlusses erwärmt
der starke Kurzschlussstrom die PTC 12 sehr schnell (innerhalb
etwa einer Millisekunde), wodurch eine Spannung über der PCT 12 erzeugt
werden kann und der Strom durch die Spule 16 erhöht wird,
um die Kontakte 14 in derselben Weise, wie bei einer Überlast,
jedoch schneller, zu öffnen.
Die Spannung über der
PTC 12 ist normalerweise ausreichend groß, um die
Systemspannung zu überwinden,
und begrenzt den Kurzschlussstrom. Der MOV oder die SASD 15 stellen
einen Abzweigweg für
den zusätzlichen
Strom während
einer Kurzschlussstrom-Unterbrechung bereit und verhindert somit
ein Versagen der PTC 12. Die Kontakte 14 sind
geöffnet,
nachdem die gesamte Unterbrechungsenergie vom MOV oder von der SASD 15,
der PTC 12 und der Spule 16 verbraucht worden
ist, wodurch eine Lichtbogenbildung an den Kontakten 14 vermieden
wird.
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Wenn
ein Erdungsfehler auftritt, sendet der CT 20 ein Signal
zur Schaltkarte 19 proportional zum Stromunterschied zwischen
dem stromführenden Leiter
und dem Null-Leiter 25, 26. Gibt es keinen Erdungsfehler 10,
sollten diese Ströme
dieselben sein. Das Signal wird von den elektronischen GFCI-Komponenten
auf der Karte 19 verarbeitet, um den SCR 18 zu
schließen.
Der SCR 18 ist während
des normalen Betriebs geöffnet.
Sobald der SCR 18 geschlossen ist, wird die Spule 16 aktiviert,
um die Steckdose auszulösen.
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Der
CT 24 überwacht
den Leiterstrom und sendet ein Signal zur Karte 19. Immer
wenn es eine Lichtbogenbildung in Laststromkreis gibt, reagieren die
elektronischen AFCI-Komponenten auf der Karte 19 auf das
entsprechende Signal, das von der Spule 24 empfangen wird,
und schließen
den SCR 18 während
eines Lichtbogenfehlers. Auf diese Weise können der Stromkreis und somit
die Steckdose, die Bestandteil desselben ist, Schutz sowohl vor
einem Erdungsfehler als auch einem Lichtbogenfehler bieten. Der
MOV und die SASD 15 sind parallel zur Reihenkombination
der PTC 12 und der Last geschaltet und können somit
auch einen Schutz für
die Last, wie etwa Beleuchtung oder dergleichen, für den Fall
eines Übergangsspannungsanstiegs
bieten. Die Dioden 17 stellen sicher, dass, wenn der SCR 18 geschlossen
ist, der Wechselstrom (in beiden Richtungen, d.h. positive und negative
Halbzyklen) lediglich durch die Spule 16 und nicht durch
die PTC 12 fließt.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, bei der ähnliche
Bezugszeichen verwendet werden, um jene Bestandteile zu kennzeichnen,
die den oben beschriebenen Komponenten in 1 gleichen
oder diesen ähnlich
sind. In 2 ist der Stromkreis 10 im
wesentlichen identisch mit dem oben beschriebenen, wobei jedoch
der MOV oder die SASD 15 parallel mit der PTC 12 geschaltet
sind. In 1 schützen der MOV oder die SASD 15 nicht
nur die PTC 12 während
eines Kurzschlusses, sondern auch die Last während eines Übergangsspannungsanstiegs,
wie es oben erwähnt
ist. Die Ausführungsform
von 1 wird verwendet, wenn die Spannungsnenngröße der PTC 12 größer als
die Spannungsnenngröße des Stromkreises
ist (120 VAC beim oben aufgeführten
Beispiel). In 1 sollte die Spannungsnenngröße des MOV
oder der SASD 15 höher
sein als die Spannungsnenngröße des Stromkreises
(120 VAC), so dass unter normalen Bedingungen kein Strom den MOV
oder die SASD durchlaufen wird. Wenn die Spannungsnenngröße der PTC
geringer ist als die Spannungsnenngröße des Stromkreises, wird die
Ausführungsform
von 2 verwendet.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, bei der ähnliche
Bezugszeichen verwendet wurden, um jene Bestandteile zu kennzeichnen,
die den Bestandteilen, die oben im Bezug auf 1 und 2 beschrieben
wurden, gleichen oder diesen ähnlich
sind. Der Stromkreis von 3 ist im wesentlichen identisch
mit dem Stromkreis aus 1, wobei eine Spule 30 in
Reihe geschaltet mit der Leitung und mit der PTC 12 hinzugefügt ist.
Die in Reihe geschaltete Spule 30 kann um denselben Kern wie
die Auslösespule 16 gewickelt
sein. Während
eines Kurzschlusses kann ein starker Strom, der die in Reihe geschaltete
Spule 30 durchfließt,
genügend Magnetkraft
erzeugen, um die Steckdose freizugeben, d.h. die Kontakte 14 zu öffnen.
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Die
in Reihe geschaltete Spule 30 wirkt während Kurzschlussunterbrechungen
unterstützend
dabei, die Kontakte 14 schneller zu öffnen als die Auslösespule 16 alleine.
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Ein
Vorteil dieser Erfindung besteht darin, eine Lichtbogenfehler-Erfassungs-
und eine Auslösefunktion
einer bestehenden GFCI-Steckdose hinzuzufügen. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, eine GFCI/AFCI-Steckdose anzugeben, die zusätzlich in
der Lage ist, Stromkreise vor Überlast
und Kurzschluss zu schützen.
Die Erfindung kann in einer Umgebung bestehender GFCI-Steckdosen
oder -Auslässe
verwendet werden. Die Erfindung kann zudem dazu verwendet werden,
andere Schutzvorrichtungen als Stromkreisunterbrecher und GFCI-Steckdosen
herzustellen.
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Die
Schaltung kann auf einfache Art und Weise in einer Vielfalt von
Umgebungen, wie etwa einzelnen Verbrauchern, enthalten sein. Dies
trifft für industrielle
Anlagen wie auch kommerzielle Einrichtungen und Wohnanlagen zu.
Beispielsweise kann die Schaltung der Erfindung in elektrisch betriebenen industriellen
und/oder kommerziellen Ausrüstungen oder
Maschinenanlagen, wie auch in Verbrauchererzeugnissen, wie etwa
in Computergeräten,
audiovisuellen Gräten,
Haushaltsgeräten
oder dergleichen, enthalten sein.