METHOD AND CIRCUIT FOR TESTING CURRENT OR VOLTAGE FAULT PROTECTIVE SWITCHES

Abstract: 1. Method of testing fault current breakers or fault voltage circuit breakers in an electrical system or installation, in which method a test current, which in its time curve form corresponds to the mains alternating supply, is fed for a specific period to the earth conductor (2) of the installation, and in which the contact voltage is measured, characterised in that, irrespective of the earthing resistance of the earth conductor (2), the effective value or r.m.s. value of the test current is selected to be equal to the rated fault current of the associated earth conductor, and that the contact voltage is measured at the beginning of test current flow over the duration of approximately one half-wave of alternating current.

Description: Verfahren und Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom- bzw. Fehlerspannungsschutzschaltern Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrombzw. Fehlerspannungsschutzschaltern in einer elektrischen Anlage, bei welchen ein Prüfstrom auf den Schutzleiter der Anlage eingespeist wird, der in seiner Kurvenform dem Netzwechselstrom entspricht. Fehlerstrom- und Fehlerspannungs- ("FI- und FU-") Schutzschalter in elektrischen Anlagen sollen verhindern, dass Berührungsspannungen z. B. an Gehäusen von elektrischen Geraten, die über den Schutzleiter geerdet sind, bei Fehlern gefährliche Werte annehmen. Ein solcher Fehler lage z. B. dann vor, wenn ein Anschlussdraht sich roste und das metallene Gehäuse des betreffenden elektrischen Geräts (z. B. Kochherd) berührte. Hat das Gerät einen korrekten Schutz leiteranschluss, dann bildet sich am Gehäuse keine merkliche Spannung aus. Mit Prüfgeräten lassen sich FI- und FU-Schutzschalter in elektrischen Anlagen prüfen. Dabei sind je nach speziellem Anwendungszweck verschiedene VDE-Bestim mungen zu beachten, in denen die Prüfbedingungen festgelegt sind (siehe VDE 0100, 0100g, 0413, 0663, 0664). Im wesentlichen soll die Prüfung dadurch erfolgen, dass auf den Schutzleiter ein Prüfstrom (Netzwechselstrom) eingespeist wird, der möglichst von Null an ansteigen soll bis der betreffende Schutzschalter in der elektrischen Anlage anspricht und die ganze Anlage abschaltet. Das Ansteigen des Prufstroms erfolgt nach dem Stand der Technik im einfachsten Falle durch das langsame Drehen eines Potentiometers von Hand. Aber auch Schaltungsanordnungen, die ein selbsttäti- ges Ansteigen des Prufstromes bewirken, sind bekannt (siehe z. B. DE-PS 10 92 125). Ferner ist zu prüfen, ob FI- bzw. FU-Schutzschalter auch genügend schnell ansprechen. Mit den meisten bekannten Prüfgeräten ist eine solche Prüfung uber- haupt nicht durchführbar. In Sonderfällen wird diese Prüfung in einer zusätzlichen Messung ausgeführt, wodurch der gesamte Zeitaufwand für alle vorgesehenen Einzelprüfungen vergrössert wird. Eine wichtige Prüfung während des Anstiegs des Prüf- stroms ist die Messung der hierbei auftretenden Berührungsspannung, d. h. der Spannung zwischen Schutzleiter und Erde. Nach dem Stand der Technik wird für die Messung der Berührungsspannung eine Erdsonde angebracht, was in vielen praktischen Fällen erhebliche Schwierigkeiten bringen kann. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird deshalb das Spannungsabsenkungsverfahren angewendet, bei dem die Spannung zwischen Aussenleiter und Schutzleiter zweimal gemessen wird: Zuerst ohne Prüfstrom und dann mit Prüfstrom, der auf den Schutzleiter eingespeist wird. Die dabei ermittelte Spannungsdifferenz ist gleich der Beruhrungsspannung. Diese Methode hat den Nachteil, dass es bei der ersten Messung Fälle gibt, in denen der Schutzleiter bereits belastet ist und somit Spannung führt. Das führt naturlich zu einer Verfälschung der Berührungsspannung. Die bekannten Prüfgeräte bzw. Prüfverfahren haben durchweg den Nachteil, dass eine Prüfung recht lange dauert und in vielen Fällen nur von speziell ausgebildeten Technikern durchgeführt werden kann. Auch bringt die Prüfung der Berührungsspannung in den Fällen Schwierigkeiten, wo ein gesonderter Erdanschluss nicht zur Verfugung steht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, FI- und FU Schutzschalter in elektrischen Anlagen in einfacher und insbesondere schneller Weise, aber trotzdem sicher und verlässlich prüfen zu können. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Messung der Berührungsspannung wird vor Beginn des Prufstrom- flusses die Spannung zwischen Aussenleiter und geerdetem Mittelleiter gemessen und danach die Spannung zwischen Aussenleiter und dem mit Prüfstrom belasteten Schutzleiter, wobei die Differenz beider Spannungen die Berührungsspannung ist. Das erfindungsgemässe Prüfverfahren bietet eine Reihe von Vorteilen. Insbesondere ist die Prüfung von FI-/ FU-Schutzschaltern in sehr kurzer Zeit durchführbar. Die Frage einer Erdsonde, eines Erdanschlusses usw. entfällt, da ein gesonderter Erdanschluss nicht benötigt wird. Weiterhin ist es auch sehr vorteilhaft, dass der einstellbare Stromwert des Prüfstroms unab gängig vom Erdungswiderstand des Schutzleiters ist. Ferner lässt sich ein praktisches Prüfgerät, welches das erfindungsgemässe Prüfverfahren realisiert, mit relativ kleinen Dimensionen herstellen. Auch lassen sich die Prüfungen sehr einfach durchführen. Es folgt nun die Beschreibung der Erfindungsgedanken anhand der Zeichnung. Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild, mit dem das Prüf- verfahren erläutert wird und Figur 2 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Prüfstroms. Der Anschluss 1 ist mit dem Aussenleiter ("Phase"), Anschluss 2 mit dem Schutzleiter und Anschluss 3 mit dem geerdeten Mittelleiter ("Nulleiter") des Wechselstromnetzes verbunden. Block 4 enthält einen Gleichrichter und liefert die Steuerspannung für Block 5; dieser enthält die eigentliche Prüfstromerzeugung; mit Umschalter 6 kann der vorgesehene Prüfstromwert, nämlich der Nennfehlerstrom des Schutzschalters eingestellt werden. Die Drucktasten 7, 8, 9 sind mechanisch gekoppelt. In der Ruhestellung der Figur 1 wird über Drucktaste 8 die Spannung zwischen Aussenleiter 1 und Mittelleiter 3 im Block 10 gemessen und vom Messinstrument 10a angezeigt, wobei noch kein Prüfstrom über den Schutzleiter 2 zur Erde abfliesst (Drucktaste 7 ist offen). Hierbei kann zur Vereinfachung der Messung mittels Potentiometer lOb das Messinstrument lOa auf Null eingestellt werden. Das gleichzeitige Betätigen der drei Drucktasten 7, 8, 9 bewirkt dreierlei: 1. Über Drucktaste 7 fliesst der in 5 erzeugte Prüfstrom auf den Schutzleiter 2. 2. Drucktaste 8 schaltet Block 10 auf die Messung der Spannung zwischen Aussenleiter 1 und Schutz leiter 2 um. 3. Mit Drucktaste 9 wird Block 11 eingeschaltet, der eine Impulszeitsteuerung beinhaltet. Nach Betätigen der Drucktasten erzeugt dieser Block 11 zwei Signale, die unterschiedlich lang sind. Bei de beginnen im Nulldurchgang der Netzwechselspan nung, welcher auf die Tastenbetätigung folgt. Über die Steuerleitung lla steht in Block 10 ein Signal an, das die Dauer einer Wechselspannungs halbwelle (10 ms) hat. Die Dauer könnte auch kür- zer gewählt werden, muss aber mindestens den Spitzenwert enthalten. Lediglich über diese kurze Zeitdauer wird die Messung der Spannung zwischen Aussenleiter 1 und Schutzleiter 2 freigegeben. Da durch wird erreicht, dass die beim nachfolgenden Ansprechen des Schutz schalters und dem damit ver bundenen Abtrennen der elektrischen Anlage vom Netz möglicherweise auftretenden Abschaltspan nungsspitzen bei der Messung nicht mehr erfasst werden und somit den Messwert nicht verfälschen. Die Messschaltung 10 enthält auch eine Messwert speicherung, so dass der Messwert der Spannung längere Zeit gespeichert und vom Messinstrument 10a angezeigt wird, nachdem die Impulszeitsteue rung 11 die eigentliche Messung bereits hat enden lassen und nachdem der Schutzschalter bereits angesprochen hat und die Anlage und somit auch die Prüfvorrichtung vom Netz getrennt hat. Neben dem kurzdauernden Signal wird in Block 11 noch ein zweites, länger dauerndes Signal erzeugt, das mit dem ersten zeitgleich, nämlich im gleichen Nulldurchgang beginnt. Dieses über die Steuerleitung llb an der Konstantstromschaltung von Block 5 anstehende Signal dauert beispielsweise 200 ms und lässt über diese definierte Zeit den Prüfstrom auf den Schutzleiter 2 einfliessen. Ein wesentlicher Teil der Erfindung ist die Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Prüfstromes in Figur 2. Die Spannungsversorgung erfolgt hierbei aus dem Netz durch Anschluss an Aussenleiter 1 und an Mittelleiter 3. Durch die Gleichrichterbrücke 12 wird die Leuchtdiode 13a eines optoelektronischen Kopplers mit gleichgerichteten Halbwellen angesteuert. Durch die Z-Diode 14 mit Kondensator bekommt die Leuchtdiode 13a eine zusätzliche konstante und geglättete Vorspannung. Da die Leuchtdiode 13a und der Fototransistor 13b eines optoelektronischen Kopplers trägheitsfrei arbeiten, erhält die Basis des Transistors 15 über den einstellbaren Spannungsteiler 16 gleichgerichtete Halbwellen derselben Kurvenform wie nach der Gleichrichterbrücke 12. Daraus folgt, dass der über den Schutzleiter 2 zur Erde abfliessende Prüfstrom denselben zeitlichen sinusförmigen Verlauf wie Netzwechselstrom hat. Der Transistor 15 wirkt als Konstantstromquelle in Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung (siehe z. B. Tietze/Schenk: Halbleiterschaltungstechnik S. 114, Springer-Verlag 1974). Hierfür gilt ganz allgemein, dass die Emitterspannung konstant ist, wenn die Basisspannung konstant ist, und dass demzufolge der Ausgangsstrom, der über den geraden eingeschalteten Widerstand 18 über den Collector und über den Schutzleiter 2 auf Erde abfliesst, lediglich von dem gerade eingeschalteten Widerstand 18 abhängig ist. Der Ausgangsstrom, nämlich der Prüfstrom, wird also nicht über die Grösse des Erdungswiderstandes des Schutzleiters bestimmt. Da die Basis des Transistors 15 mit gleichgerichteten Halbwellen angesteuert wird, sind die im Vorhergehenden genannten Spannungen bzw. Ströme stets als Effektivwerte aufzufassen. Von einer lmpulssteuerschaltung 11 aus gelangt über die Steuerleitung llb ein Signal definierter Dauer, vorzugsweise 200 ms, auf die Basis des Transistors 19, welcher den Fototransistor 13b des optoelektronischen Kopplers während dieser Zeit freigibt, so dass der Prüfstrom über Transistor 15 genau diese Zeitdauer hat.

Claims: Patentansprüche: 1. Prüfverfahren für Fehlerstrom- bzw. Fehlerspannungs schutzschalter in einer elektrischen Anlage, bei welchem ein Prufstrom auf den Schutzleiter der An lage eingespeist wird und bei welchem der Prüf- strom in seiner zeitlichen Kurvenform dem Netz wechselstrom entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektivwert des Prüfstromes unabhängig vom Erdungswiderstand des Schutzleiters und gleich dem Nennfehlerstrom des betreffenden Schutz schalters ist sowie für eine definierte Dauer fliesst und dass die zu Beginn des Prüfstromflusses über die Zeit dauer von etwa einer Wechselstrom-Halbwelle resul tierende Berührungsspannung gemessen wird. 2. Prüfverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Berührungsspannung zunächst vor Beginn des Prüfstromflusses die Spannung des Aussenleiters (1) gegen den Mittelleiter (3) und danach die Spannung des Aussenleiters (1) gegen den mit Prüfstrom belasteten Schutzleiter (2) gemessen wird, wobei die Beruhrungsspannung gleich der Differenz beider Spannungen ist. 3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Prüfver- fahrens gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung eines konstanten Prufwechsel- stroms ein Transistor (15) mit seinem Emitter über einen umschaltbaren Widerstand (18) an Minus einer Gleichrichterbrücke (17) zwischen Aussen leiter (1) und Schutzleiter (2) und mit seinem Collector an Plus dieser Gleichrichterbrücke (17) liegt, und dass die Basis des Transistors (15) von dem Fototransistor (13b) eines optoelektronischen Kopplers ausgesteuert wird, dessen Ansteuerung seinerseits über einen Schalttransistor (19) für eine definierte Dauer dadurch freigegeben wird, dass der Schalttransistor einen gleichlangen Steuerimpuls aus einer gesonderten Impulsschaltung erhält.

Inventors: LEISCHNER, MANFRED, ING. GRAD, LOTTES, HERMANN, ING. GRAD
Applicants: GOSSEN GMBH
Application year: 1979
Main classification: G01R31
IPC codes: G01R31, H02H3