Differenzstrommessung - Schaltung

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

ich möchte eine Wasserheizung (ca.3kW) auf Fehlerstrom überwachen.
Geschehen soll dies über zwei Spulen, durch eine führt der Außenleiter und durch die andere der Neutralleiter.
Zu den Spulen habe ich leider keine Daten, die sind in einem Kunstoffring eingegossen und da steht auch nix drauf, kann aber sagen das beide gleich sind.
Erreichen möchte ich das bei einem einstellbaren Fehlerstrom zwischen 1-5mA eine Anzeige leuchet.
Die Schaltung selbst arbeitet mit 12VDC.
Nun habe ich in Sachen Elektronik leider nur „verjährte“ Grundkenntnisse.
Ich denke das man das Vorhaben ganz einfach mit einem Komparator lösen kann der beide Spulen vergleicht und die Schaltschwelle ab wie viel mA müsste man dann mit einem Schmitt-Trigger einstellen können der einen Transistor schaltet.
Mein Problem besteht hauptsächlich darin wie ich das von den Spulen kommende Signal dem Komparator zuführen muss.
Die Spulen arbeiten ja eigentlich nur als Stromwandler von ca. 13A auf ? mA.
(muss ich noch messen)
Die Vergleicherschaltungen die ich bisher gesehen habe arbeiten aber alle mit Spannungen.
Reicht es wenn man die Anschlüsse der Spulen an einen Widerstand anschließt an dem dann eine verabreitbare Spannung abfällt oder gibt es spezielle IC´s die meine Anforderungen schon erfüllen oder schlagt ihr mir eine andere Lösung vor?
Ich freue mich auf eure Antworten.

viele Grüße
raicer

#2

Hallo.

Ich würde über den L und N jeweils eine (gleiche!) Spule schieben, die Induktionsspannung dann über jeweils einen A/D Wandler auf die Eingänge am seriellen Eingang des PC schalten und dann wie bei einer Maschinensteuerung über Zähler und Merker (Schieberegister) eine (eventuelle) Abweichung auswerten.

Wann dann Alarm ausgelöst wird liegt an dir, nämlich wie groß die Differenz der beiden Eingangsregister sein darf und wie gut du eine Maschinensteuerung prgrammieren kannst.

Gruß

#3

Ableitströme beachten
Hallo,

nahezu jedes geerdete Gerät produziert Ableitströme. Das sind (unerwünschte) Ströme, die selbst bei einwandfreiem Zustand des Geräts über den Schutzleiter abfließen.

Die zulässigen Ströme bewegen sich je nach Schutzklasse im Bereich 0,5 bis 5mA. Es könnte also passieren, daß deine Schaltung immer etwas anzeigt, obwohl alles in Ordnung ist.

Zur „ambulanten“ Differenzstrommessung empfehlen sich zwei Stromzangen, die sicherste Variante ist ein vorgeschalteter FI-Schutzschalter zB 25A / 10mA.

LG

#4

Hallo,

Ich würde über den L und N jeweils eine (gleiche!) Spule
schieben

möchte ich auch so machen.

Ich möchte die Schaltung als kleine Einheit aufbauen, ohne einen PC o.ä. verwenden zu müssen (zugegeben, mit den PC-Programmiersprachen würde es dann auch hapern :smile: ).
Es soll ja lediglich ein Digitales Ausgangssignal entstehen, Abgleich der Schaltschwelle würde ich einfach über einen Poti und Schmitt-Trigger machen.
Bis ich da eine Schaltung mit Wandler gebaut habe, einen PC-Anschluss realisiert und ein funktionsfähiges Programm geschrieben habe das dauert ja ewig :smile:
Anstatt das Signal auf einen A/D-Wandler zu geben möchte ich eben einen kleinen Vergleicher verwenden, ändert aber nichts an meinem eigentlichen Problem. Angenommen ich möchte das Signal einem A/D-Wandler zuführen, wie müsste ich das machen?

die Induktionsspannung dann über jeweils einen A/D
Wandler…

Wie würdest du die Spannung dem A/D-Wandler zuführen?

Meines Wissens darf ein Stromwandler nicht im Leerlauf betrieben werden wegen hoher Spannung. Daher meine Eingangsfrage ob es ausreichend ist einfach einen Widerstand an die Spule zu schalten und den so niedrig wählen, dass die Messspannung entsprechend klein wird.
Ist dann aber immer noch AC.
Wie muss ich einen OP als Vergleicher für Wechselstrom oder Wechselspannung beschalten?

auf die Eingänge am seriellen Eingang des PC schalten

Hab grad mal nachgesehen, bei mir gibts eh nur noch USB :smile:

viele Grüße
raicer

#5

Hallo,

nahezu jedes geerdete Gerät produziert Ableitströme. Das sind
(unerwünschte) Ströme, die selbst bei einwandfreiem Zustand
des Geräts über den Schutzleiter abfließen.
Die zulässigen Ströme bewegen sich je nach Schutzklasse im
Bereich 0,5 bis 5mA.

genau den Bereich möchte ich ja auswerten.

Es könnte also passieren, daß deine
Schaltung immer etwas anzeigt, obwohl alles in Ordnung ist.

Das hoffe ich nicht.
Wenn z.B die 3kW-Heizung einen normalen Ableitstrom von 3mA hat, so würde ein Vergleicher ein Signal bestimmter Sträke ausgeben.
Steigt der Ableitstrom auf z.B. 5mA an so ändert sich auch das Ausgangssignal. Dank Schmitt-Trigger müsste ich dann die Schaltschwelle mithilfe eines Poti entsprechend einstellen können.

Zur „ambulanten“ Differenzstrommessung empfehlen sich zwei
Stromzangen

Sind ja im Prinzip meine zwei Spulen, nur möchte ich irgendwie zusammen verschalten und keine zwei Messgeräte haben wo ich nicht auswerten kann.

die sicherste Variante ist ein vorgeschalteter
FI-Schutzschalter zB 25A / 10mA.

RCD ist vorhanden (30mA), allerdings möchte ich keine Abschaltung sondern nur eine Meldung.

viele Grüße
raicer

#6

Hallo,
vorab, das ist nur ein Vorschlag.

kann aber sagen das beide Spulen gleich sind.

wenn du beide Spulen montierst und gegenphasig zusammen klemmst,
wird nur eine Diff.-Spannung anliegen, wenn der Strom
unterschiedlich ist.

Mache das einfach mal und messe mal den Strom, der sich ergibt.

Erreichen möchte ich das bei einem einstellbaren Fehlerstrom
zwischen 1-5mA eine Anzeige leuchet.
Die Schaltung selbst arbeitet mit 12VDC.

Allerdings sind ca. 1mA bei 13A Lastrom recht sportlich (0,01%)
Kommt also tatsächlich drauf an, wie exakt gleich die Spulen sind.

Der Differenzstrom sollte dann über einen Meßshunt als Spannung
zu messen sein.
Da diese Wechselspannung sehr klein sein wird, sollte vor
der Gleichrichtung eine Spannungsverstärkung erfolgen.
-> Wechselspannungsverstärker z.B. mit OPV.
Dann ist der Komparator nur noch reine Fleißarbeit.
Gruß Uwi

#7

ich möchte eine Wasserheizung (ca.3kW) auf Fehlerstrom
überwachen.
Geschehen soll dies über zwei Spulen, durch eine führt der
Außenleiter und durch die andere der Neutralleiter.

Ein Gerät das dies von Haus aus macht nennt sich FI (Fehlerstromschutzschalter). Dieser hat exakt den geschilderten Aufbau.
Es gibt FI mit zusätzlichem Schaltglied. Damit ist eine Auslöseüberwachung umsetzbar.

MfG Frank Müller

#8

Hallo,

die Idee mit dem RCD ist bekannt, dass es dasselbe Prinzip ist auch.
Allerdings ist ein RCD nicht einstellbar und hat größere Auslösewerte. Und wie schon geschrieben möchte ich keine Abschaltung erreichen sondern nur eine Meldung haben während das Gerät weiter läuft.

viele Grüße
raicer

#9

Hallo,

Und wie schon geschrieben möchte ich keine
Abschaltung erreichen sondern nur eine Meldung haben während
das Gerät weiter läuft.

Sorry, aber 3kW, wenig Ahnung von der Materie, bei Fehlerstrom nicht abschalten - da stellen sich mir die Nackenhaare auf.

Lass es bitte sein, Deine Bastelei ist LEBENSGEFÄHRLICH!!!
Gruß
loderunner

#10

Hallo,

Und wie schon geschrieben möchte ich keine
Abschaltung erreichen sondern nur eine Meldung haben während
das Gerät weiter läuft.

Sorry, aber 3kW, wenig Ahnung von der Materie, bei Fehlerstrom
nicht abschalten - da stellen sich mir die Nackenhaare auf.

Lass es bitte sein, Deine Bastelei ist LEBENSGEFÄHRLICH!!!

Definitiv keine Gefahr weil:
-der Stromkreis sowieso durch RCD mit 30mA geschützt ist,
-die vorhandene Heizung in keinster Weise verändert wird,
-die eigentliche Schaltung mit 12VDC betrieben wird und die Spulen galvanisch getrennt vom Stromnetz sind

Es geht mir nicht um eine Sicherheitseinrichtung, wie schon gesagt wurde sind Ableitströme durchaus normal, jedoch möchte ich eben eine Anzeige haben wenn die Ableitströme über das normale Maß des Gerätes hinaus gehen, ohne das ich das erst mitkriege wenn der RCD auslöst.

Beispiel:
Wenn sich nach Jahren die Heizstäbe eines Warmwasserspeichers dem Ende nähern bekomme ich dies erst mit wenn entweder nicht mehr warm wird oder eine vorgeschaltete Schutzeinrichtung, sei es RCD oder Sicherung auslösen.
Darf das Gerät nun aber z.B. 3mA Ableitstrom haben und ich installiere eine Anzeige die mir mitteilt wenn z.B. 6mA überschritten werden, dann könnte es sein das an der Anlage etwas nicht mehr in Ordnung ist und ich kann mich darum kümmern bevor es zu spät ist und ich zwei Wochen ohne warmem Wasser dastehe weil die neuen Heizstäbe diese Lieferzeit haben.

Es fehlt auch nicht an dem nötigen Fachwissen was die Sicherheit, Vorschriften usw. angeht, nur fällt es mir eben sehr schwer eine elektronische Schaltung ohne Hilfe zu entwickeln die meine Bedingungen erfüllt da dies nicht mein täglich Brot ist.

Bin momentan dabei mir den Lösungsweg von Uwi zu erarbeiten, hoffe das ich bis morgen eine erste Lösung habe.

viele Grüße
raicer

#11

Hallo !

So viel Vorsorge ?

Wenns nur um das Ersatzteil ginge,dann jetzt eins kaufen und ins Lager legen.
Die Kosten dafür werden wohl niedriger sein wie der Aufwand der Leckstromüberwachung.
Den Zweck verstehe ich schon,aber ich halte es nicht für sehr praktikabel.
Es ist nämlich nicht so,man hat z.B. 1 mA Leckstrom und der steigt dann gleichmäßig an und zeigt so das baldige Ende der Heizung an.

Er wird nicht ansteigen m.E. nach,sondern auf einem mittleren Wert verharren und dann schlagartig ansteigen,was den FI auslöst.
Die Hülle des Heizstabs wird an einer Fehlstelle(Kontaktkorrosion) immer dünner,aber noch ist sie dicht,also wird kein höherer Strom den Fall anzeigen. Irgendwann ist die Stelle so dünn,das ein Wasserkontakt gegeben ist,aber dann ist bereits der FI-Fall eingetreten.
Die gewünschte Vorwarnung 1 Jahr 1 mA, 2 Jahr 1 mA, 3. Jahr 2 mA ,4.Jahr 3 mA usw. erwarte ich eigentlich nicht.

MfG
duck313

#12

Hallo,

das mit der Heizung war nur als Beispiel gedacht, um zu verdeutlichen das ich nicht vor habe einen RCD als Sicherheitseinrichtung selbst zu bauen sondern nur eine Anzeige erreichen will.

Er wird nicht ansteigen m.E. nach,sondern auf einem mittleren
Wert verharren und dann schlagartig ansteigen,was den FI
auslöst.

Der Strom steigt nicht stetig, stimmt.

Die Hülle des Heizstabs wird an einer
Fehlstelle(Kontaktkorrosion) immer dünner,aber noch ist sie
dicht,also wird kein höherer Strom den Fall anzeigen.
Irgendwann ist die Stelle so dünn,das ein Wasserkontakt
gegeben ist,aber dann ist bereits der FI-Fall eingetreten.

Noch nicht. Zuerst bilden sich kleinere Löchlein, meist noch von einer schützenden Kalkschicht umgeben, sodass durch diese nur sehr sehr wenig Wasser, bzw. nur Feuchtigkeit kommt.
Wenn diese eintritt verdampft sie recht schnell, durch den entstehenden Wasserdampf sinkt der Isolationswiderstand, der Ableitstrom steigt. Aber am Anfang wenn so gut wie keine Feuchtigkeit eindringt eben auch nur sehr gering, später dann immer stärker, immer schneller, der RCD wird nicht sofort auslösen.
Manche Heizwendel sind wenn man diese ausbaut kaum noch als solche zu erkennen, trotzdem hat die Heizung noch funktioniert. Da war dann kein RCD drin :smile:

viele grüße
raicer

#13

Hallo raicer am besten du besorgst dir beim Elektriker einen Alten oder Defekten Fehlerstromschalter dann kannst den Eingebauten Ringkern etwas Umwickeln (meistens sind nur 3-6 windungen drauf) dieser Kern hat eine Besonders Steile Hysterese,an diesem Kern gibst mehr Windungen drauf,bis du genügend Spannung für den Gleichrichter hast,ein Elko und ein Poti parallel,dann am schleifer kannst die Spannung Abnehmen für ein OP oder ein Piezosummer.Die Originale Auslösevorrichtung musst logisch Abklemmen. Achtung zur Sicherheit musst noch eine Zenerdiode am Gleichrichter Parallelschalten mit etwas höherer Spannung (z.B.6volt 1-3W) sollte die Spannung mal hochgehen muss der Wandler Belastet werden,sonst würde es der OP nicht mehr Verkraften. Gruß Transitron

#14

Hallo,

Die gewünschte Vorwarnung 1 Jahr 1 mA, 2 Jahr 1 mA, 3. Jahr 2
mA ,4.Jahr 3 mA usw. erwarte ich eigentlich nicht.

das sehe ich auch so.

Wenn man da empfindlicher ist, als es in der Vorschrift steht,
kann man zumindest einen FI mit 10mA-Auslösestrom statt 30mA
nutzen.
Gruß Uwi

#15

Moin,

… Erreichen möchte ich das bei einem einstellbaren Fehlerstrom
zwischen 1-5mA eine Anzeige leuchet…oder schlagt ihr mir eine andere Lösung vor?

Gibt es als fertige Geräte.
Beispiel -> http://www.bender-de.com/de/produkte/c/d/differenzst…

Artikel zum Thema:
Fehlerstrom-Überwachung in elektrischen Anlagen
http://www.bender-de.com/fileadmin/bender-de/downloa…
http://www.bender-de.com/fileadmin/bender-de/downloa…

Ich freue mich auf eure Antworten.

Oder geht es Dir um’s selber basteln?

viele Grüße
raicer

mfg
W.