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Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom- und Fehlerspannungs-Schutzschaltern
In nicht genullten Netzen, sowie bei Anlagen, in denen die Nullungsbedingungen nicht eingehalten werden, verwendet man bei Spannungen unter 1000 V immer mehr Fehlerspannungs- und vor allem Fehlerstrom-Schutzschalter (FU- und FI-Schalter) gemäss VDE 0100 µ 12 N und 5 13 N, beziehungsweise ÖVE-E 40/1959 µ 16 und µ 17. Beide Schalterarten haben die Aufgabe, in Fehlerfällen die geschützte Anlage abzuschalten, bevor normalerweise spannungsfreie, berührbare Metallteile, z. B. Gehäuse von Motoren, eine Spannung von mehr als 65 V bzw. 24 V gegen Erde annehmen. Ferner sollen FI-Schalter Fehlerströme, die zu Bränden führen könnten, rechtzeitig abschalten.
In VDE 0100 µ 22 N wird verlangt, dass vor Inbetriebnahme die Wirksamkeit der Schutzmassnahmen durch Besichtigung und durch Messung zu prüfen sind. Die grundsätzlichen Messanordnungen sind im gleichen Paragraphen als Beispiele angegeben.
Bei der FU-Schaltung muss die Spannung des geschützten Gerätes gegen Erde gemessen werden (Fehlerspannung Up), bei der der Schutzschalter anspricht. Bei der FI-Schaltung sind entweder die maximal mögliche Spannung des Gerätes gegen Erde (Fehlerspannung) und der Abschaltstrom des FI-Schalters oder der Abschaltstrom und der Erdungswiderstand des Gerätes zu messen.
Die Grundschaltungen für diese Messungen sind in Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt.
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nungsschutzschalter FU-Sch einen Motor M speist, der das zu schützende Gerät darstellt. Das Motorgehäuse ist über einen einstellbarenPrüfwiderstandRp und ein Amperemeter Al mit dem Phasenleiter T verbunden. DerHilfserder desFU-Schalters ist mit RH bezeichnet. Der Spannungsabfall Ua am Widerstand Rp wird mit dem Voltmeter V, gemessen. Das hochohmige Voltmeter V, von dem ein Pol mit einer Sonde S verbunden ist, zeigt die Fehlerspannung Up an. Die Sonde S muss von der Hilfserde RH genügend weit ent-
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meter V, denn es gilt :
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Beim Verstellen desPrüfwiderstandes Rp zeigt das Amperemeter Al mit seinem maximalen Ausschlag den Auslösestrom IF des Schalters an.
Der Widerstand des Hilfserders RH ergibt sich aus dem Auslösestrom IF und der dabei auftretenden Fehlerspannung UF zu
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Die Fig. 2 zeigt die Schaltung der Prüfung eines FehlerstrpmschaltersFI-Sch. Beide Figuren unter- scheiden sich nur durch die Art des Schalters und dessen Anschluss.
Die beschriebenen prinzipiellen Prüfschaltungen sind zwar sehr einfach, jedoch haben sie folgende Nachteile :
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Der obere Teil der Zeichnung zeigt ein Drehstromnetz mit den Phasen R, S, T und dem geerdeten Nulleiter 0. Mit Tr ist der Transformator bezeichnet. An das Netz ist über drei Sicherungen und einen Fehlerspannungs-Schutzschalter FU-Sch ein Drehstromverbraucher, beispielsweise ein Motor M, angeschlossen.
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werte eingeschaltet sind. In dieser Stellung ist der Kontakt P geschlossen.
Beim Ansprechen des Relais A werden seine Kontakte a, a und a geschlossen. Der Kontakt al schaltet die Lampe L, ein. der Kontakt a2 bereitet den Stromkreis der Einstellwiderstände für die Messung vor und der Kontakt a dient zur Selbsthaltung des Relais A. Wenn beide Lampen aufleuchten, kann die eigentliche Messung beginnen.
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derPhaseR über S. a, D. S, P und S zum Schutzleiter Sch. Diesem Stromkreis liegt der Relaisstromkreis und der Lampenstromkreis mit L parallel.
Falls nun der Schutzleiter einen zu hohen Widerstand hat, entsteht an ihm beim Verdrehen des Einstellwiderstandes P, ein so hoher Spannungsabfall, dass die Spannung am Relais A unter die Abfallspannung von 155 V sinkt und das als Spannungswächter wirkende Relais abfällt. Dieser Fehler in der zu prüfenden Anlage wird durch das Erlöschen der Lampe L1 infolge Öffnung des Kontaktes ai angezeigt. Ist die aus Schutzschalter und Schutzleiter bestehende Anlage inOrdnung, so muss der Schutzschalter bereits vor dem Erlöschen der Lampe L, ausgeschaltet haben. Ist die Klemme K des Prüfgerätes, wie gezeichnet, vor dem FU-Schalter an die Phase R angeschlossen, so brennt die Lampe L weiter. Wurde dagegen der Anschluss hinter dem FU-Schalter vorgenommen, so zeigt das Erlöschen der Lampe L auch den Abfall des Schalters an.
Zur besseren Unterscheidung werden die Signallampen farbig ausgeführt, u. zw. L grün und L2 rot.
Kann man das Prüfgerät in unmittelbarer Nähe des FU-Schalters anschliessen, so empfiehlt es sich, den Phasenleiter vor dem Schalter anzuzapfen. Das Abschalten des FU-Schalters macht sich beim Verdrehen desEinstellwiderstandes P akustisch bemerkbar. Liegt dagegen der Verbraucher M so weitvom FUSchalter entfernt, dass man den Schalter nicht mehr beobachten kann, so klemmt man die Phase Rhinter dem Schalter an, wobei das Erlöschen beider Signallampen ein Zeichen für die Auslösung des Schalters ist.
In gleicher Weise verfährt man, wenn es sich um die Prüfung eines Fehlerstrom-Schutzschalters (FI-
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kann man auch getrennte Vorwiderstände vorsehen.
Solange der Schutzleiter einen ausreichend niedrigen Widerstand hat und der anihm auftretende Spannungsabfall unter 65 Volt bleibt, darf sowohl beim Prüfen von FI- als auch von FU-Schaltern die Betäti- gung des Doppeleinstellwiderstandes P1 - Pt von Anschlag zu Anschlag nicht zu einem Erlöschen der Lampe Ll vor dem Auslösen des Schutzschalters führen.
Falls man bei der Prüfung zusätzlich die auftretenden Spannungen und Ströme messen will, wird über
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gegen Schutzleiter gemessen.
Durch Drücken des Tasters T erfasst man die Spannung Phase-Nulleiter.
Um die Prüfung und Messung mit einer Sonde als Hilfserde durchführen zu können, wird der Schalter S, umgelegt und die Sonde an die Klemme K angeschlossen. Bei der Sondenmessung wird durch das Betätigen des Schalters S der Stromlauf durch das Vielfachinstrument und die Einstellwiderstände P-P umgekehrt.
Dies ist auch für die Messung des Erdungswiderstandes erforderlich, weil dabei die Spannung des Erders gegen die Sonde gemessen wird. Hiebei verläuft nämlich der Voltmetermesskreis von den Klemmen K und7, die auf dem gleichen Potential liegen, über das Voltmeter, die Klemme , den Kontakt a und den Schalter S zum Schutzleiter Sch, der für diese Messung mit dem Erder verbunden ist.
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Bei der Messung des Erdungswiderstandes (mit Sonde) muss man ausser der Spannung auch den Strom messen. Der Strom wird mitHilfe desDoppeleinstellwiderstandesP-P auf einenwert von z. B. 0, 1 oder 1 A eingestellt. Der angezeigte Spannungswert gibt dann ohne komplizierte Umrechnung denErdungswiderstand in Ohm an. Diese Messung des Erdungswiderstandes ist auch dann noch genau, wenn die Netzspannung vom 220 V-Sollwert abweicht.
Wenn der Schalter S für eine Sondenmessung nach unten umgelegt ist, misst man beim Drücken der Taste T. die Spannung zwischen Nulleiter und Schutzleiter.
Um die Messung des Schleifenwiderstandes bei Nullung durchführen zu können, wird zunächst am Prüfgerät der Schutzleiter mit dem Nulleiter verbunden. Der Schalter S nimmt dabei die gezeichnete
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des Belastungsstromes durch Öffnen des Schalters S wird die Spannung erneut gemessen. Die Differenz beider Spannungen geteilt durch den eingestellten Strom ergibt den Schleifenwiderstand.
Die bisher beschriebenen Messungen haben eine eindeutige Spannung der Netzleitung gegen Erde zur Voraussetzung.
In Dreiecksnetzen ohne Netzerde (Dreileiternetzen), in denen dies nicht zutrifft, wird üblicherweise vorgeschlagen, zwecks Durchführung der Messung einen Phasenleiter zu erden. Zur Vermeidung von Kurz- schlüssen ist dabei zu empfehlen, die Erdung über einen Einstellwiderstand mit Amperemeter durchzuführen. Diese Vorkontrolle kann mit dem vorliegenden Gerät vorgenommen werden, indem man K, an den
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falls ist der günstigste der Leiter durch eine weitere Vorprüfung aufzusuchen. Bei den oben beschriebenen Prüfungen von Schutzmassnahmen wird jetzt Kl an den geerdeten Aussenleiter, K an den Schutzleiter und Kg an einen der beiden nicht geerdeten Aussenleiter angeschlossen.
Die Vorteile der beschriebenen Schaltungsanordnung bestehen darin, dass die Prüfung der Schutzmassnahmen ohne Benutzung eines Messgerätes möglich ist und dass eine einfache Lampenanzeige als Kriterium dient. Damit ist die Prüfung schneller und völlig zuverlässig. Ausserdem kann die Bedienung durch angelernte Hilfskräfte erfolgen, wobei die Aufmerksamkeit vorwiegend dem Prüfobjekt zugewendet werden kann. Der technische Aufwand der neuartigen Schaltungsanordnung ist durch den Wegfall eines besonderen Messgerätes erheblich verringert.
Von grosser Bedeutung ist die Tatsache, dass bei allen Prüfvorgängen keine gefährlichen Spannungsverschleppungen auftreten können, weil das Gerät nur in Nullstellung des Doppeleinstellwiderstandes ein-
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der gesamten Prüfanordnung angeschlossen werden. Vorteilhaft ist dabei gegenüber den bekannten Prüfschaltungen, die nur einen festeingebautenSpannungs- oder Strommesser besitzen und lediglich Spannungen oder Ströme messen können, dass hier sämtliche Strom- und Spannungsmessbereiche des Vielfachmessers zur Verfügung stehen. Zur exakten Überprüfung sind nämlich Strommessungen bei FI-Schaltern mit sehr verschiedenen Stromstärken, Spannungsmessungen bei FU- und FI-Schaltern, sowie Strom- und Spannungsmessungen zur Bestimmung des Erdungswiderstandes erforderlich. Dabei können Spannungen von wenigen Volt bis zur Netzspannung auftreten.
Während man bei den bisherigen Prüfgeräten für die verschiedenen Typen von FI-Schaltern jeweils besondere Einstellwiderstände benutzt, werden beim Gegenstand der Erfindung alle Strombereiche der verschiedenen Schaltertypen durch einen Einstellwiderstand mit abgestufter Wicklung erfasst. Fehler durch falsche Wahl des Prüfwiderstandes sind bei der neuartigen Anordnung ausgeschlossen.
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