DE3117962A1

DE3117962A1 - Elektrischer schutzkreis

Info

Publication number: DE3117962A1
Application number: DE19813117962
Authority: DE
Inventors: Huibert Hilversum Blok
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1981-05-07
Publication date: 1982-02-18
Also published as: GB2075778B; CA1161104A; NL8002667A; GB2075778A; FR2482376B1; US4358809A; DE3117962C2; FR2482376A1; JPS576917A

Description

UV.Philips¹ öioeüampenfabncken, ϊ\0ρψ :""·::" ■::· -^:. 3117962

PHN 97^+1 **A 15.10.1980

Elektrischer Schutzkreis

Die Erfindung bezieht sich auf einen Personenschutzkreis in Speisesystemen mit mindestens einem ersten und einem zweiten Leiter, die an eine Quelle elektrischer Leistung angeschlossen und an ihren anderen Enden mit einer Belastung verbindbar sind, wobei zwischen der Quelle elektrischer Leistung und mindestens dem ersten Leiter normalerweise geschlossene Schaltmittel liegen, wobei die genannten Schaltmittel mit einem mit einem Stromunbalanzdetektor versehenen Steuerkreis verbunden sind, der auf Berührung durch einen menschlichen Körper reagiert, wobei der genannte Steuerkreis die genannten Schaltmittel derart erregt, dass der betreffende Leiter von der Quelle elektrischer Leistung entkoppelt wird.

In Speisesystemen, bei denen beispielsweise

^⁵ über grosse Abstände über Kabel einer oder mehreren Belastungen Leistung zugeführt wird, treten grosse Gefahren auf. Das typische Beispiel einer gefährlichen Situation ist diejenige, wobei durch Grabarbeiten das Kabel beschädigt und oft völlig gebrochen wird. Die kupfernen Leiter *" sind dann beispielsweise für ein spielendes Kind in einem Sandhaufen zugänglich. Weiterhin kann eine gefährliche Situation für das Personal bei Arbeiten an der Apparatur einschliesslich der Kabelenden und der mit dem Kabel verbundenen Verdrahtung und Stecker auftreten und andereres seits bei Arbeiten an den normalerweise mit einem Mantel abgeschirmten stromführenden Kupferleitern im Kabel, wenn das genannte Personal die für diese Arbeit vorgeschriebenen Massnahmen nicht beachtet, wie beispielsweise das vor Reparaturarbeiten vorgeschriebene Abschalten der Spannung

^ou und das Erden der Leiter.

Aus der "XJ.S.Patentschrift B 53k 915 ist ein Schutzkreis der obengenannten Art bekannt. In diesem bekannten Schutzkreis führt der erste Leiter eine hohe

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Spannung. Der zweite Leiter ist ein Rückführungsleiter und ein dritter Leiter ist ein Erdungsleiter. Normalerweise geschlossene Schaltmittel liegen in Reihe mit dem ersten Leiter. Der Stromunbalanzdetektor enthält einen Kern aus ringförmigem magnetischem Material. Der erste Leiter und der Rückführungsleiter erstrecken sich über das Loch des Ringes zu der Belastung. Weiterhin ist um einen der Schenkel des Kerns eine Spule vorgesehen, deren Enden mit dem Steuerkreis verbunden sind, der mit den normalerweise geschlosse*- nen Schaltmitteln verbunden ist. Die Belastung wird beispielsweise durch einen Motor, eine Bohranlage oder eine Geschirrspülmaschine gebildet, die auf einem Gestell angeordnet sind, das mit dem Erdleiter verbunden ist. Unter normalen Umständen wird die Grosse der Ströme, die in dem Leiter und dem Rückführungsleiter fliessen, gleich sein. Es wird dann kein magnetisches Feld in der Umgebung des Kerns geben und dadurch wird kein Induktionsstrom in der genannten Spule erzeugt. Venn jedoch der erste Leiter über eine Person oder über eine andere niederohmige Strecke den Erdleiter berührt, wird eine Stromunbalanz an den Enden der Spule gemessen werden, wodurch mit Hilfe des Steuerkreises die normalerweise geschlossenen Schaltmittel ausgeschaltet werden und damit die Verbindung zwischen dem Leiter und der Quelle elektrischer Leistung unterbrochen _wird. Der Steuerkreis ist derart eingerichtet, dass, wenn der Rückführungsleiter über eine Person oder über eine andere niederohmige Strecke den Erdleiter berührt, die genannten Schaltmittel auch abgeschaltet werden.

Dieser bekannte Schutzkreis ist nicht ohne Weiteres in Kabelübertragungssystemen verwendbar, und zwar wegen der Tatsache, dass der Rückführungsleiter meistens in einem anderen Koaxialkabel als der erste Leiter angeordnet ist. Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, für dieses Problem eine Lösung zu schaffen, wodurch der ge-

nannte Schutzkreis zum Gebrauch in Kabelübertragungssystemen geeignet ist und wobei die Verwendung der Rückführungsleitung nicht mehr notwendig ist.

Die Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf,

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dass mindestens parallel zum ersten Leiter ein dritter Leiter angeordnet ist, wobei die Anfangsanschlussenden des ersten und des dritten Leiters miteinander und mit dem Stromunbalanzdetektor verbunden sind und zwar derart, dass im Betriebszustand die Stromrichtung in dem ersten und dritten Leiter dieselbe ist, wobei der genannte Stromunbalanzdetektor die Stromunbalanz zwischen dem ersten und dem dritten Leiter detektiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Schutzkreises,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Schutzkreises,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Schutzkreises.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Speisesystem dargestellt, wie dies beispielsweise zur Speisung in Kabelübertragungssystemen benutzt werden kann, wie beispielsweise in Glasfaserübertragungssystemen. Die normalerweise geschlossenen Schaltmittel werden durch einen Schalter 3 gebildet, der einerseits mit einem Speisepunkt 1 und andererseits mit dem Mittelabgriff einer Phantomspule k verbunden ist, die zwischen einem ersten Leiter 8 und einem dritten Leiter 9 liegt. Ein zweiter Leiter 16 ist mit einem Speisepunkt 2 verbunden. Das andere Anschlussende des zweiten Leiters i6 ist mit einem Anschlusspunkt 15 einer Belastung 13 verbunden. Die in der Nähe der Belastung 13 liegenden Anschlussenden des ersten Leiters 8 und des dritten Leiters 9 sind über eine Phantomspule 11 miteinander verbunden, wobei der Mittelabgriff dieser Phantomspule 11 mit dem Anschlusspunkt lh der Belastung 13 verbunden ist. Ein mit einem Stromunbalanz-detektor versehener Steuerkreis 6 ist an eine Spule 5 angeschlossen, die mit der Phantomspule k magnetisch gekoppelt ist. Der mit einem Stromunbalanzdetektor versehene Steuerkreis ist nicht näher dargestellt. Dieser Kreis kann

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beispielsweise so ausgebildet werden, wie in der U.S.Patentschrift B 554 915 beschrieben worden ist. Auch andere mit Stromunbalanzdetektoren versehene Steuerkreise sind verwendbar. Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Schutzkreises ist wie folgt.

Unter normalen Betriebsumständen werden die Ströme, die durch die Leiter 8 und 9 fHessen, einander nahezu entsprechen. Die Ströme sind also in Balanz und der Stromunbalanzdetektor in dem Steuerkreis 6 wird kein Regelsignal abgeben. Venn jedoch einer der Leiter 8 und 9 von einer Person berührt wird, wird der betreffende Leiter eine niederohmige Strecke nach Erde aufweisen. Die Ströme in den Leitern 8 und 9 sind nicht länger mehr in Balanz. Der Stromunbalanzdetektor in dem Steuerkreis 6 detektiert diese Tatsache und gibt dem Steuerkreis 6 ein Regelsignal ab, wodurch der normalerweise geschlossene Schalter 3 geöffnet und damit die Verbindung zwischen den Leitern 8 und 9 und der Quelle elektrischer Leistung unterbrochen wird. Nur wenn die Leiter 8 und 9 gleichzeitig von einer

Person berührt werden, gibt es die Möglichkeit, dass der Stromunbalanzdetektor nicht reagieren wird.

Eine Methode, um gleichzeitiges Berühren der Leiter 8 und 9 zu verringern, ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Leiter 16 aus Fig. 1 auch in zwei parallele Leiter I60 und Ιοί aufgeteilt. Die normalerweise geschlossenen Schaltmittel werden durch den Schalter 3 gebildet, der einerseits mit dem Mittelabgriff einer Phantomspule kO, die zwischen einem ersten Leiter 8O und einem

dritten Leiber ⁽J)Q vorgesehen ist und andererseits mit dem Speisepunkt 1 verbunden ist. Das eine Anschlussende einer Phantomspule kO ist mit dem ersten Leiter 8O und das andere Ende der Phantomspule kO ist mit dem dritten Leiter 90 verbunden. Ein mit einem Stromunbalanzdetektor

versehener Steuerkreis 6O ist an eine Spule 50 angeschlossen, die mit der Phantomspule 4o magnetisch gekoppelt ist. Die anderen Anschlussenden der Leiter 80 und 90 sind mittels einer Phantomspule 110 miteinander verbunden.

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Ein zweiter mit dem Stromunbalanzdetektor versehener Steuerkreis 70 ist an eine Spule 100 angeschlossen, die mit der Phantomspule 110 magnetisch gekoppelt ist. Ein zweiter Leiter 1öO ist mit dem einen Anschlussende einer zweiten Phantomspule 41 verbunden und ein vierter Leiter I61 ist mit dem anderen Anschlussende der Phantomspule kl verbunden. Der Mittelabgriff der Phantomspule 41 ist mit dem Speisepunkt 2 verbunden. Ein dritter mit einem Stromunbalanzdetektor versehener Steuerkreis 61 ist an eine Spule 5I angeschlossen, die mit der Phantomspule kl magnetisch gekoppelt ist. Die anderen Anschlussenden der Leiter 160 und 161 sind mittels einer weiteren Phantomspule 111 miteinander verbunden. Ein vierter mit einem Stromunbalanzdetektor versehener Steuerkreis 71 ist an eine Spule 101 angeschlossen, die mit der Phantomspule 111 magnetisch gekoppelt ist. Der Mittelabgriff der Phantomspule 110 ist mit dem Punkt Ik und der Mittelabgriff der Spule 111 ist mit dem Punkt I5 verbunden. Zwischen den Punkten Ik und 15 liegt die Belastung I3. Zwischen den Mittelabgriffen der Phantomspulen 110 und 111 liegt ein Kurzschlussschalter 120.

Venn einer der Leiter 80 und 90 von einer Person berührt wird, werden die Stromuribalanzdetektoren in den beiden Steuerkreisen 60 und 70 dies detektieren

*" und ein Regelsignal abgeben. Das von dem Steuerkreis 60 abgegebene Regelsignal bewirkt, dass der Schalter 3 geöffnet wird, wodurch die Verbindung zwischen dem Speisepunkt 1 und den beiden Leitern 80 und 90 unterbrochen wird. Das von dem Steuerkreis 70 abgegebene Regelsignal be-

wirkt, dass der Kurzschlusschalter 120 geschlossen wird, wodurch die an der Belastung I3 auftretende hohe Spannung kurzgeschlossen wird. Das Kurzschliessen der an der Belastung 13 auftretenden gefährlichen Spannung gibt einen direkten Schutz, und kann, wie in Fig. 2 angegeben, mit einer Maximalstromschaltung entsprechend Fig. 1 kombiniert werden. Wenn einer äer Leiter I60 und Ιοί von einer Person berührt wird, werden die Sfcromunbalanzdetektoren in den beiden Steuerkreisexi 62 und 71 dies detektieren

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und ein Regelsignal abgeben. Das von dem Steuerkreis 61 abgegebene Regelsignal bewirkt, dass der Schalter 3 geöffnet wird, wodurch die Verbindung zwischen dem Speisepunkt 1 und den beiden Leitern 80 und 90 unterbrochen wird.

Das von dem Steuerkreis 71 abgegebene Regelsignal bewirkt, dass der Kurzschlusschalter 120 unmittelbar geschlossen wird, wodurch die an der Belastung 13 auftretende hohe Spannung kurzgeschlossen wird. Die Verbindung zwischen dem Schalter 3 und den beiden Steuerkreisen 60 und 61 ist durch eine gestrichelte Linie 12 auf schematische Weise angegeben. Diese Verbindung kann mit Hilfe dem Fachmann bekannter Techniken verwirklicht werden. Dies gilt auch für die durch eine strichpunktierte Linie 121 bezeichnete Verbindung zwischen dem Kurzschlusschalter 120 und den beiden Steuerkreisen 70 und 71« Es sei bemerkt, dass es aus der Praxis hervorgeht, dass der Kurzschlusschalter beim optimalen Schutz für das Personal die wichtige Stelle einnimmt. Dies ist eine Folge der Tatsache, dass, trotz der Tatsache, dass der Schalter 3 schnell abgeschaltet werden kann, die Kapazitäten der Adern der Kabel gegenüber Erde, die abgeschaltete Spannung noch während kurzer Zeit festhalten, wodurch eine Person, die unabsichtlich ein Kabel berührt, dennoch einen lebensgefährlichen Schlag erhalten kann. Durch Verwendung des genannten Kurzschiussschalters wird diese Gefahr zum grossen Teil vermieden. Statt des Schalters 3 kann beispielsweise eine Maximalstromschaltung, beispielsweise eine Sicherung, verwendet werden.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 sind die Leiter (8, 9); (80, 90) und (160, I61) durch Phantomspulen miteinander verbunden. Eine andere Art und Weise einer Verbindung ist jedoch auch möglich. Ein Beispiel davon ist in Fig. 3 dargestellt. Statt einer Phantomspule 4, wie in Fig. 1 dargestellt, kann zwischen

den Leitern 8 und 9 ©in Spannungsteiler aus den Widerständen 30 und 31 vorgesehen werden. Diese Widerstände haben im Grunde gleich grosse Werte. Der mit einem Stromunbalanzdetektor versehene Steuerkreis 6 ist mit dem

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Mittelabgriff des genannten Spannungsteilers verbunden. Wenn der Strom in einem der Leiter 8 und 9 zunimmt gegenüber dem Strom in dem anderen Leiter, was durch die Berührung eines der Leiter durch eine Person verursacht wird, wird die Spannung an dem mit dem berührten Leiter verbundenen Widerstand zunehmen, wodurch der Steuerkreis erregt wird. Der Schalter 3 wird dann geöffnet.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

f 1. j Elektrischer Schutzkreis für Personen in Speiseisystemen mit mindestens einem ersten und einem zweiten Leiter, die an eine Quelle elektrischer Leistung anschliessbar und an den anderen Anschlussenden mit einer Belastung verbindbar sind, wobei normalerweise geschlossene Schaltmittel zwischen der Quelle elektrischer Leistung und mindestens dem ersten Leiter vorhanden sind, wobei die genannten Schaltmittel mit einem mit einem Stromunbalanzdetektor versehenen Steuerkreis verbunden sind, welcher Stromunbalanzdetektor auf Berührung eines Leiters durch einen menschlichen Körper reagiert, wobei der genannte Steuerkreis die genannten Schaltmittel derart erregt, dass der betreffende Leiter von der Quelle elektrischer Leistung entkoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens parallel zu dem ersten Leiter (8) ein dritter Leiter (9) vorgesehen ist, wobei die Anfangsanschlussenden des ersten (8) und des dritten (9) Leiters miteinander und mit dem Stromunbalanzdetektor derart verbunden sind, dass im Betriebszustand die Stromrichtung in dem "~- 20 ersten (8) und dritten (9) Leiter dieselbe ist, wobei der genannte Stromunbalanzdetektor die Stromunbalanz zwischen dem ersten (8) und dem dritten (9) Leiter detektiert.
2. Elektrischer Schutzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum zweiten Leiter

(160) ein vierter Leiter (161) vorgesehen ist, wobei die AnfangsanSchlussenden des zweiten und vierten Leiters miteinander und mit einem zweiten Stromunbalanzdetektor verbunden sind, wobei dieser Stromunbalanzdetektor die Stromunbalanz zwischen dem zweiten (I60) und dem vierten

(161) Leiter detektiert, wobei der zweite Stromunbalanzdetektor zugleich mit den normalerweise geschlossenen Schaltmitteln (3) verbunden ist.
3. Elektrischer Schutzkreis nach Anspruch 2,

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dadurch, gekennzeichnet, dass die Anschlussenden des ersten (8O) und des dritten (90) Leiters miteinander und mit einem dritten Stromunbalanzdetektor verbunden sind, dass die Endanschlussenden des zweiten (160) und des vierten (161) Leiters miteinander und mit einem vierten Stromunbalanzdetektor verbunden sind, wobei der dritte und vierte Stromunbalanzdetektor zugleich mit einem Kurzschlusschalter (12O.) verbunden sind, der an der Belastung (13) liegt, die zwischen der Kopplung des ersten (80) mit dem dritten (90) Leiter und der Kopplung des zweiten (160) mit dem vierten (16T) Leiter liegt.

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