DE3117962C2

DE3117962C2 - Elektrischer Berührungs-Schutzkreis

Info

Publication number: DE3117962C2
Application number: DE3117962A
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: 1985-01-17
Also published as: GB2075778B; DE3117962A1; CA1161104A; NL8002667A; GB2075778A; FR2482376B1; US4358809A; FR2482376A1; JPS576917A

Abstract

Schutzkreis für Personen gegen zu hohe Spannung in einer Reihe von Speisesystemen mit Phantomspulen. Parallel zu dem ausgehenden und/oder rückführenden Leiter wird ein zweiter Leiter vorgesehen, wobei die parallelen Leiter miteinander und mit einem Stromunbalanzdetektor verbunden sind, der bei Messung von Unbalanz ein Steuersignal abgibt, wodurch die Spannung angeschaltet und/oder kurzgeschlossen wird.

Description

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei dem eingangs

genannten Schutzkreis dadurch, daß mindestens parallel zum ersten Leiter ein dritter Leiter angeordnet ist. daß

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bcrührungs- die Anfangsanschlußcndcn des ersten und des dritten Schutzkreis für Personen in. Speisesystemen nach dem ω Leiters miteinander und mit dem Stromunbalan/delek-

1. Elektrischer Berührungs-Schutzkreis für Personen in Speisesystemen 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, und der genannte Steuerkreis die genannten Schaltmittel derart erregt, daß der betreffende Leiter von der Quelle elektrischer Leistung abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mmdestens parallel zu dem ersten Leiter (8) ein dritter !Leiter (9) vorgesehen ist, daß 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 ersten (8) und dritten (9) Leiter dieselbe ist, ur. J daß der genannte Stromunbalanzdetektor die Stromunbalanz zwischen dem ersten (8) und dem dritten (9) Leiter feststellt (F ig. 1).

2. Elektrischer Berührungs-Schutzkreis nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum zweiten Leiter (160) ein vierter Leiter (161) vorgesehen ist, daß die Anfangs?nschlußenden des zweiten und vierten Letters miteinander: id mit einem zweiten Stromunbalanzdetektor verbunden sind, daß dieser Stromunbalanzdetektor die Stromunbalanz zwischen dem zweiten (160) und dem vierten (161) Leiter feststellt, und daß der zweite Stromunbalanzdetektor zugleich mit den normalerweise geschlossenen Schaltmitteln (3) verbunden ist (F i g. 2).

3. Elektrischer Berührungs-Schutzkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußenden des ersten (80) und des dritten (90) Leiters miteinander und mit einem dritten Siromunbalanzdetektor verbunden sind, daß die Endanschlußenden des zweiten (160) und des vierten (181) Leiters miteinander und mit einem vierten Stromunbalanzdetektor verbunden sind, wobei der dritte und vierte Stromunbalanzdctektor zugleich mit einem Kurzschlußschalter (120) 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 (161) Leiter liegt(Fig. 2).

Oberbegriff des Anspruchs I. Ein solcher Schutzkreis ist beispielsweise bekannt aus der Zeitschrift »Elektrotechnik« 49 (1967) Seiten 22 - 24.

In Speisesystemcn. bei denen beispielsweise über große Abstände über Kabel einer oder mehreren Belastungen Leistung zugeführt wird, treten große Gefahren auf. Das typische Beispiel einer gefährlichen Situation ist diejenige, bei der durch Grnbarbeitcn das Kabel betör derart verbunden sind, daß im Betriebszustand die Stromrichtung in dem ersten und dritten Leiter dieselbe ist. und daß der genannte Siromunbalnn/dcickior die Stromunbalanz zwischen dem ersten und dem dritten Leiter feststellt.

Aiisführungsbeispicle der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben, (i

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsjemäßen Schutzkreises,

Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfin-Jungsgemäßen Schulzkreises,

Fig.3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schutzkreises.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Speisesystem dargestellt, wie dies beispielsweise zur Speisung in Kabclübcnragungssystemen oder zur Überwachung der elektrischen Verstärker in Glasfaserübertragungssystemen benutzt werden kann. Die normalerweise geschlossenen Schaltmitlei werden durch einen Schalter 3 gebildet, der einerseits mit einem Speisepunkt 1 und andererseits mit dem Miuelabgriff einer Spule 4 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 16 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 Spule 11 miteinander verbunden, wobei der Mi.ielabgriff dieser Spule 11 mit dem AnschluUpunkt 14 der Belastung 13 verbunden ist Ein mit einem Stromunbalanzdetektor versehener Steuerkreis 6 ist an eine Spule 5 angeschlossen, die mit der Spule 4 magnetisch gekoppelt ist. Der mit einem Slromunbalanzdetektor versehene Steuerkreis ist nicht näher dargestellt. Dieser Kreis kann beispielsweise so ausgebildet werden, wie in der US-Patentanmeldung B 5 34 915 beschrieben worden ist. Auch andere mit Stromunbalanzdetektoren versehene Steuerkreisc sind verwendbar. Die Wirkungsweise des crfindungsgemäßen Schutzkreises ist wie folgt.

Unter normalen Betriebsumständen werden die Ströme, die durch die Leiter 8 und 9 fließen, einander nahezu entsprechen. Die Ströme sind also in Balanz und der Stromunbalanzdetektor in dem Steuerkreis 6 wird kein Regelsignal abgeben. Wenn jedoch einer der Leiter 8 und 9 von einer Person berührt wird, wird der betreffende Leiter einer niederohmigen Strecke nach Erde aufweisen. Die Ströme in den Leitern 8 und 9 sind nicht länger mehr in Balanz. Der Stromunbalanzdetektor in dem Sieuerkreis 6 delektiert diese Talsache und gibt dem Steuerkreis 6 ein Regcbignal ;ib. 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 Stroniunbalanzdcteklor nicht reagieren wird. Hierbei werden sowohl der Leiter 8 als auch der Leiter 9 durch die Person mi'. Erde verbunden, deren ohm'scher Widerstand zwischen 500 und 2000 Ohm betragen kann. Zwischen den beiden Ltitern 8 und 9 tritt dabei keine Stromunbalanz auf. so daß auch der Stromunbalanzde- « tektor nicht reagiert.

Eine Methode, um auch gleichzeitiges Berühren der Leiter 8 und 9 zu erfassen, ist in dem Ausfuhrungsbeispiel nach F i g. 2 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Leiter 16 aus F i g. 1 auch in zwei parallele t>o Leiter 160 und 161 aufgeteilt. Die normalerweise geschlossenen Schaltmittcl werden durch den Schalter 3 gebildet, der einerseits mit dem Miltclabgriff einer Spule 40. die /wischen einem ersten Leiter 80 und einem dritten Leiter 90 vorgesehen ist und andererseits mit ir> dem Speiscpunkl I vcrbiiiidi-n ist. D;is eine Anschhilicnde einer Spule 40 ist mit dem ersten Leiter 80 und this :iikIltl- linde der Snule 40 ist mit dem diittcn Leiter 90 verbunden. Ein mit einem Stromunbalanzdetektor versehener Steuerkreis 60 ist an eine Spule 50 angeschlossen, die mit der Spule 40 magnetisch gekoppelt ist Die anderen Anschlußenden der Leiter 80 und 90 sind mittels einer Spule 110 miteinander verbunden.

Ein zweiter mit dem Stromunbalanzdetektor versehener Steuerkreis 70 ist an eine Spule 100 angeschlossen, die mit der Spule 110 magnetisch gekoppelt ist. Ein zweiter Leiter 160 ist mit dem einen Anschlußende einer zweiten Spufe 41 verbunden und ein vierter Leiter 161 ist mit dem anderen Anschlußende der Spule 41 verbunden. Der Mittelabgriff der Spule 41 ist mit dem Speisepunkt 2 verbunden. Ein dritter mi: einem Stromunbalanzdetektor versehener Steuerkreis 61 ist an eine Spule 51 angeschlossen, die mit der Spule 41 magnetisch gekoppelt ist. Die anderen Anschlußenden der Leiter 160 und 161 sind mittels einer weiteren Spule 111 miteinander verbunden. Ein vierter mit einem Stromunbaianzdetektor versehener Steuerkreis 71 ist an eine Spule 101 angeschlossen, die mit der Spule 111 may^tisch gekoppelt ist Der Mittelabgriff der Spule !κ? ist mit dem Punkt 14 und der Mittelabgriff der Spule 111 ist mit dem Punkt 15 verbunden. Zwischen den Punkten 14 und 15 liegt die Belastung 13. Zwischen den Mittelabgriffen der Spulen 110 und 111 liegt ein Kurzschlußschalter 120.

Wenn einer der Leiter 80 und 90 von einer Person berührt wird, werden die Stromunbalanzdetektoren 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 bewirkt, daß der Kurzschlußschalter 120 geschlossen wird, wodurch die an der Belastung 13 auftretende hohe Spannung kurzgeschlossen wird. Das Kurzschließen der an der Belastung 13 auftretenden gefährlichen Spannung gibt einen direkten Schutz, und kann, wie in F i g. 2 angegeben, mit einer Maximalstromschaitung entsprechend Fig. 1 kombiniert werden. Wenn dner der Leiter 160 und 161 von einer Person berührt wird., werden die Stromunbalanzdetektoren in den beiden Steuerkreisen 62 und 71 dies detektieren 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 Regclsignal bewirkt, daß der Kurzschlußächalter 120 unmittelbar geschlossen wird, wodurch die an der Belastung 13 auftretende hohe Spannung kurzgeschlossen wird. Die Verbindung zwischen dem Schalter 3 und den beiden S'.-terkreisen 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 Kurzschlußschalter 120 und den beiden Steuerkreisen 70 und 71. Es sei bemerkt, daß es aus der Praxis hervorgeht, daß der Kurzschlußschalter 120 beim optimalen Schutz für das Personal die wichtige Stelle einnimmt. Dies ist eine Folge der Tatsache, daß, trot/ der Tatsache, daß der Schalter 3 schnell abgeschaltet werden kann, die Kipazitaten der Adern der Kabel gegenüber Erde, die abgeschabte Spannung noch während kurzer Zeit festhalten, wodurch eine Person, die unabsichtlich ein Kabel berührt, dennoch einen lebensgefährlichen Schlag erhalten kann. Durch Verwendung

des genannten Kurzschlußschalters wird diese Gefahr zum großen Teil vermieden. Statt des Schalters 3 kann beispielsweise eine Maximalstromschaltung, beispielsweise eine Sicherung, verwendet werden.

In den Ausführungsbeispielcn nach den F i g. I und 2 ■> sind die Leiter (8,9);{80,90) und (160,161) durch Spulen miteinander verbunden. Eine andere Art und Weise einer Verbindung ist jedoch auch möglich. f£in Beispiel davon ist in F i g. 3 dargestellt. Statt einer Spule 4, wie in i-ig. 1 dargestellt, kann zwischen den Leitern 8 und 9 ein 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 Mittelabgriff des genannten Spannungsteilers verbunden. Wenn is 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, wo- durch der Steuerkreis 6 erregt wird. Der Schalter 3 wird dann geöffnet.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

schadigt und oft völlig gebrochen wird. Die kupfernen Leiter sind dann beispielsweise für ein spielendes Kind >n einem Sandhaufen zugängüch. Weiterhin kann eine gefährliche Situation für das Personal bei Arbeiten an der Apparatur einschließlich der Kabclenden und der mit dem Kabel verbundenen Verdrahtung und Stecker auftreten und andererseits bei Arbeiten an den normalerweise mit einem Mantel abgeschirmten strom'ührenden Kupferleitern im Kabel, wenn das genannte Personal die für diese Arbeit vorgeschriebenen Maßnahmen nicht beachtet, wie beispielsweise das vor Reparaturarbeiten vorgeschriebene Abschalten der Spannung und das Erden der Leiter.

Aus der US-Patentanmeldung B 5 34 915 ist ein Schutzkreis der obengenannten Art bekannt. In diesem bekannten Schutzkreis führt der erste Leiter eine hohe Spannung. Der zweite Leiter ist ein Rückführungsleitcr und ein dritter Leiter ist ein Erdungsleiter. Normalerweise geschlossene Schaltmittel liegen in Reihe mit dem ersten Leiter. DerStromunbalanzdetektor enthält einen Kern aus ringförmigem magnetischem Material. Der erste Leiter und der Rückführungsleiter sind durch den Kern des Ringes zu der Belastung geführt. Weiterhin ist um einen der Schenkel des Kerns eine Spule vorgesehen, deren Enden mit dem Steuerkreis verbunden sind, der mit den normalerweise geschlossenen Schaltmitte η verbunden ist. Die Belastung wird beispielsweise durch einen Motor, eine Bohranlage oder eine Geschirrspülmaschine gebildet, die auf einem Gestell angeordnet sind, das mit dem Evuleiler verbunden ist. Unter normalen Umständen wird die Größe 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 Induktions- Y, strom in der genannten Spule erzeugt. Wenn jedoch der erste Leiter über eine Person oder über eine andere nicderohmige Strecke den Erdleiter berührt, wird eine Stromunbalanz an den Enden der Spüle gemessen werden, wodurch mit Hilfe des Slcuerkreises die normalerweise geschlossenen Schaltmittel ausgeschaltet werden und damit die Verbindung /wischen 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 niedcrohmigc Strecke den Erdleiter berührt, die genannten Schaltmitic! auch abgeschaltet werden.

Dieser bekannte Schutzkreis ist nicht ohne weiteres in Kabclübertragungssysiemen verwendbar, und zwar wegen der Tatsache, daß der Rückführungsleiter mci- V) stens in einem anderen Kabel als der erste Leiter angeordnet ist. Die Erfindung hai nun zur Aufgabe, für dieses Problem eine Lösung zu schaffen, wodurch der genannte Schutzkreis zum Gebrauch in Kabelübertragungssystcmen geeignet ist und wobei die Verwendung der Rückführungsleitung nicht mehr notwendig ist.