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Schutz-und Signaleinrichtung zur Überwachung elektrischer Stromkreise.
Elektrische Maschinen oder Apparate bestehen allgemein betrachtet einerseits aus stromdurch- flossenen Teilen (Wicklungen), die in der Regel isoliert sind, anderseits aus Körpern, Gestellen oder Gehäusen, die lediglich dazu dienen, die Wicklungen oder stromfÜhrenden Teile zu tragen oder schützend zu umgeben. Diese letztgenannten Teile, die der Berührung durch Bedienungspersonal zugänglich sind, sind normalerweise spannungslos. Bei Isolationsdefekten der Wicklung tritt jedoch das Potential der defekten Wicklungsstelle auf den Körper über und gefährdet dadurch das Betriebspersonal. Sofern mit der elektrischen Maschine andere treibende oder angetriebene Maschinen in leitender Verbindung stehen, kommen auch diese auf das Potential der defekten Wicklungsstelle.
Es gilt daher als vorschriftmässige Massnahme, Körper, Gestelle oder Gehäuse von Maschinen dauernd an Erde zu legen. w odurch das Potential dieser der Berührung ausgesetzten Teile dauernd eindeutig fixiert zu sein scheint. Eine vollständige Schutzmassnahme ist dadurch allerdings immer noch nicht erzielt, da das Potential des betrachteten geerdeten Körpers im Falle eines Körperschlusses nicht exakt gleich dem Erdpotential wird, sondern genau genommen um den Spannungsabfall, welchen der Erdschlussstrom im zugehörigen Erdungswiderstand hervorruft, höher liegt als das Erdpotential.
Hiedurch können sieh immer noch recht ansehnliche Werte für die Berührungsspannung ergeben, für deren jeweilige Grösse der Erdschluss-
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seits aus der im Erdschlussstromkreis wirksamen Spannung sowie aus dem Gesamtwiderstand dieses Kreises d. i. also : Widerstand der beiden Erdungen, Widerstand der Verbindungsleitungen zwischen Erzeuger und Verbraucher sowie Widerstand der Verbraueherwicklung bis zur Stelle des Isolationsdefektes. Als wirksame Spannung, die auf den Erdsehluss (Fehler) stromkreis einwirkt, kommt bei Anschluss an Drehstromnetze mit geerdetem Nulleiter beispielsweise die Phasenspannung in Frage, bei Gleichstrom-Dreileiter-Netzen mit geerdetem Mittelleiter die Spannung der betreffenden Netzhälfte.
Bewirkt ein solcher Körperschluss mit der Wicklung einen Strom im Fehlerkreis von einer Grösse, der über der Einstellung der Maximalrelais von Schaltern des angeschlossenen Verbrauchers liegt, so tritt die erwünschte Abschaltung des Verbrauchers von der Netzspannung ein, womit die Gefahr der Berührungsspannung beseitigt wird. Erreicht der Fehlerstrom den eingestellten Wert dagegen nicht, so bleibt der Fehler unbemerkt bestehen. Dies wird insbesondere dann zutreffen, wenn es sieh um keinen Isolationsdefekt mit satter metallischer Verbindung an der Fehlerstelle handelt, sondern um einen schleichenden Schluss über einen erheblichen Übergangswiderstand. In solchen Fällen würde also trotz Erdung sowohl die Gefahr der Berührungsspannung bestehen bleiben, möglicherweise auch ein dauernder schädigender Verluststrom bestehen.
Bloss bei Anschluss an ein ideal isoliertes Netz mit unendlich hohem Isolationswert ohne geerdeten Leiter bewirkt eine Erdung des Körpers im Falle eines Isolierdefektes eine exakte Fixierung des Gestelles auf Erdpotential bei gleichzeitiger Verhinderung eines Verluststromes.
Eine wesentliche Verbesserung dieser ungenügenden Schutzvorkehrung gegen das Auftreten von Berührungsspannungen wird dadurch erzielt, dass man die Abschaltung des angeschlossenen Verbrauchers im Falle eines Körperschlusses nicht den auf relativ hohe Stromstärke eingestellten Maximalrelais des Verbraucherschalters oder den Sicherungen überlässt, sondern hiefür ein besonderes Relais (eine Fehlerstromspule) vorsieht, das zwischen den zu schützenden Körper und Erde geschaltet wird
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und das in empfindlicher Weise schon auf sehr kleine Stromstärken anspricht. Indem man den Widerstand dieser Fehlerstromspule von vorneherein hoch wählt, vermeidet man die unangenehme Empiind- lichkeit gegenüber den unvermeidlichen Schwankungen der Erdungswiderstände.
Weist das Anschlussnetz keinerlei geerdete Teile auf, so kann das Relais zwischen Körper und eine der Anschlussleitungen des Verbrauchers geschaltet werden.
Weiters ist es für den Betrieb elektrischer Einrichtungen von Interesse, mit einfachen Mitteln zu überblieken, ob die angeschlossene Einrichtung stromdurchflossen ist oder etwa infolge irgend-
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ist. Bei Fehlen eines Stromzeigers ist es beispielsweise ein einfaches Mittel, einen Widerstand. der keine allzu grossen Verluste verursachen darf, in den Stromkreis zu schalten und parallel zu diesem eine Signallampe geeigneter Spannung anzuschliessen. Die Intensität der Lichtstärke des Glühfadens ist sodann ein Massstab für den jeweils fliessenden Strom des Verbrauchers, und das Erlöschen der Lampe zeigt die
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die man als Heizkörper bezeichnet, weil bei diesen infolge der dauernd vorhandenen hohen Temperaturen die Isolation besonders ungünstig beansprucht wird.
Erfindungsgemäss wird die vorbesproehene Schutzeinrichtung gegen Auftreten hoher Berührungsspannungen sowie die geshuntete Serienlampe zu einem gemeinsamen Apparat zusammengebaut, der mit verhältnismässig einfachen Mitteln die hauptsächlichsten Arten von möglichen Störungen, nämlich Isolationsfehler und Drahtbrüche, in einwandfreier Weise zu überwachen gestattet. Unzweifelhaft bietet eine solche kombinierte Überwachungseinrichtung vom Standpunkte der Fabrikation und Montage besondere Vorteile und ermöglicht durch ihren einheitlichen Aufbau eine vollwertige Überwachung im Betriebe von elektrischen Apparaten, insbesondere von Apparaten der Beheizungstechnik.
An Hand von Fig. 1 und Fig. 2 soll nun die kombinierte Schutz- und Signaleinrichtung im Falle eines Drehstromnetzes mit geerdetem Nulleiter näher beschrieben werden, wobei Fig. 1 eine ganz einfache, Fig. 2 eine davon abweichende, kompliziertere Anordnung darstellt. In beiden Figuren bedeuten : Z einen
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angeschlossene Verbraucher, beispielsweise Heizkörper, G deren Körper (Gestell), El, & Erdungen, Selb die kombinierte Schutz- und Signaleinrichtung, S den Hauptschalter mit Maximalauslösung, eventuell mit vorgeschalterten Sicherungen, F sp bzw. R@ die Fehlerstromspule.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass das optische Signal bzw. die Signallampe L, im Falle eines Körper- schlusses in G hell ist. Der Fehlerstrom hat hiebei vermittels der Spule F Sp den Schalter S zum Aus- lösen gebracht, wodurch der Hilfskontakt Ka den durch den Hilfskontakt K@ vorbereiteten Lampenkreis mit Le schliesst. Es ist hiebei vorteilhaft, einen Schalter mit Freiauslösung zu verwenden, da ein dem Antriebsmechanismus zugeordneter Hilfskontakt es sodann ermöglicht, dass die Lampe L bloss im Falle einer selbsttätigen Auslösung aufleuchtet, während die Lampe bei betriebsmässiger.. Aus-" Stellung des Schalters S dunkel bleibt.
Die optischen Signale bzw. geshunteten Serienlampen ll, Lj,
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Brennen einen Stromrüekgang.
Lässt man (Fig. 2) durch die Widerstände Wl. 1F, Ts die optische Signaleinrichtung (Lampen) L, L2, L3 nicht direkt beeinflussen, sondern zunächst irgendwelche Zw ischenrelais, so ist es mit deren Hilfe ohne weiteres möglich, auch bei Stromunterbrechung oder sogar schon bei einem einstellbaren Strom- rÜckgang den Schalter S im Wege der Auslösespule zum Auslösen zu bringen.
In Fig. 2 ist die Anordnung ausserdem so getroffen, dass das optische Signal Li sofort erscheint, während die Auslösung des Schalters S über das gemeinsame Relais Hz mit Zeitverzögerung bewirkt wird. Das optische Signal besteht nach Auslösen des Schalters weiter, bis die Kenntnisnahme durch Nachführen des Sehaltergriffes in die., Aus-"Stellung quittiert und dadurch Kontakt Ke unterbrochen wird.
Wie ersichtlich, ist es durch die Verwendung der Zwischenrelais auch möglich, die Stromunter- brechungslampen ebenfalls in Hellsehaltung als Fehleranzeige anzuordnen. Es bildet für die Beobachtung erfahrungsgemäss einen Vorteil, wenn das Auftreten von Störungen für eine Einrichtung für jede mögliche darzustellende Störung durch die gleiche Erscheinungsform (beispielsweise #hell") zum Ausdruck gebracht wird. Auch die Schutzeinrichtung gegen Berührungsspannung ist in Fig. 2 nach den gleichen Prinzipien wie jene für Stromunterbrechung angeordnet, nämlich : Unmittelbare optische Anzeige bei Auftreten des Fehlers, zeitverzögertes Abschalten des Hauptschalters und Fortbestehen der Anzeige bei ausgeschaltetem Schalter bis zur Quittierung mit dem Schalterhandgriff.
Die Fehlerstromspule R, ist hiebei
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dabei so benutzt, wie oben beschrieben wurde.
In ähnlicher Weise ist es auch möglich, bloss die Auslösung bei Stromunterbrechung zeitverzögert anzuordnen, die Auslösung bei Körperschluss dagegen momentan. Die Auswahl der jeweils gewünschten
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Anordnung hinsichtlich Eintreten der Signalanzeige und Schalterauslösung bei den auftretenden Fehlerarten kann nach den beschriebenen Gesichtspunkten den Betriebserfordernissen entsprechend getroffen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Überwachung der Fehlerfreiheit elektrischer Stromkreise während des Betriebes, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus an sich bekannten Vorrichtungen zur Anzeige einer Stromunterbrechung und solchen zur Anzeige eines Gestellschlusses besteht, wobei diese Vorrichtungen miteinander und mit dem zur Betätigung der Stromkreise benutzten Schalter zu einem gemeinschaftlichen Apparat vereinigt sind, so dass durch Beobachtung dieses Apparates festgestellt werden kann, ob sich der Stromkreis in Betrieb befindet und fehlerfrei ist.