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Schutzschaltung mit Fehlerstrom-Schutzschalter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung unter Verwendung eines Fehlerstrom-Schutzschalters mit Summenstromwandler, durch welchen die Verbraucherleitungen geführt werden.
Die Stromstärke des Fehlerstromes, bei der der Fehlerstrom-Schutzschalter auslöst, ist-wie be- kannt-so bemessen, dass die an den zu schützenden Anlageteilen im Fehlerfall auftretende Fehlerspannung, d. h. das Produkt aus Erdwiderstand des zu schützenden Anlageteiles und Fehlerstrom, keine gefährliche Höhe, beispielsweise mehr als 65 V, annehmen kann, da der Schalter vorher auslöst. Übliche Fehlerströme, die zur Auslösung des Fehlerstrom-Schutzschalters führen, sind 0,3-0, 5 und 1,0 A.
Schutzschalter mit diesen Auslösestromstärken sind einfach zu fertigen. Sie enthalten ausser dem Leistungsschalter mitVerklinkung einen Summenstromwandler, der in den meisten Fällen elektromagnetisch auf das Schaltschloss einwirkt. Schalter mit kleineren Auslösestromstärken benötigen Verstärkungsglieder, die häufig Anlass zu Störungen geben.
In manchen Fällen ist es erforderlich, die Anlage oder Teile der Anlage noch zusätzlich daraufhin zu überwachen, dass kein Teil eine höhere Spannung gegen Erde annehmen kann, als es betriebsmässig zulässig ist. Bisher wurde zusätzlich zum Fehlerstrom-Schutzschalter ein Fehlerspannungs-Schutzschalter verwendet. Die Anwendung von zwei Schutzschaltern ist teuer, weshalb von einer solchen Anordnung selten Gebrauch gemacht wird.
Neuere, nicht zum Stand der Technik gehörende Vorschläge gehen dahin, auf die auf das Schaltschloss eines Fehlerstrom-Schutzschalters einwirkenden Auslöseelemente zusätzlich über mechanische Zwischenglieder einen weiteren Auslösemagneten einwirken zu lassen, dessen Wicklung an der zu überwachenden Fehlerspannung gegen Erde liegt oder den Summenstromwandler mit einer zusätzlichen Primärwicklung auszustatten, die zwischen der Hilfserde und einem zu schützenden Anlageteil liegt. Diese Vorschläge berücksichtigen nicht die Schwankungen des Erdwiderstandes. Sie sind ausserdem aufwendig, denn die erstere Lösung benötigt einen zweiten Auslösemagneten mit mechanischen Zwischengliedern,
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Windungszahl, wenn der Schalter bei einem geringeren Fehlerstrom als dem normalen Fehlerstrom abschalten soll.
Zum Stand der Technik zählt auch eine Fehlerstromschutzschaltung mit zusätzlicher Überwachung der Spannung des Nulleiters ; eine solché Schaltung ist beispielsweise im Bulletin des Schweizer elektrotechnischen Vereines vom 19. November [1960] S. 1201 angegeben.
Durch die erfindungsgemässe Schutzschaltung mit einem Fehlerstrom-Schutzschalter, dessen Summenstromwandler eine den Speiseleitungen entsprechende Anzahl von Primärwicklungen, eine Sekundärwicklung für die auf das Schaltschloss des Schalters einwirkende Auslösevorrichtung, sowie eine zusätzliche Primärwicklung-eine sogenannte Tertiärwicklung-die zwischen der Hilfserde und einem zu schützenden Anlageteil liegt, trägt, werden die Nachteile der bisher bekannten Lösungen vermieden. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, dass im Stromkreis der Tertiärwicklung zwischen dem zu schützenden Anlageteil und der Hilfserde ein Wechselstromwiderstand angeordnet ist. Dieser Widerstand kann durch eine Kapazität oder eine Induktivität dargestellt sein. Durch einen Blindwiderstand (Kapazi-
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tät bzw.
Induktivität) erfolgt-wie nachstehend an einem Beispiel erläutert - die Spannungsmessung nahezu unabhängig von der Grösse des Erderwiderstandes, und der durch die Tertiärwicklung fliessende Strom ist proportional der am geschützten Anlageteil liegenden Fehlerspannung. Man kann dann die Tertiärwicklung so schalten, dass ein Fehlerstrom mehrmals den Wandler durchsetzt. Dadurch wird die Auslöse- Stromstärke des Schalters für die mit der Tertiärwicklung verbundenen Anlageteile ohne erheblichen Aufwand herabgesetzt. Für die übrigen Anlageteile bleibt der Fehlerstromschutz in der herkömmlichen Weise erhalten. Ein Kondensator hat den zusätzlichen Vorteil, dass Gleichströme, die in Anlagen mit kathodischem Korrosionsschutz auftreten können, vom Summenstromwandler entfernt gehalten werden.
Für spezielle Anwendungsfälle kann auch der Mp-Leiter einer Drehstromanlage der Anlageteil sein, welcher zwischen der Tertiärwicklung und der Hilfserde liegt und der zu schützen ist.
Ein Ausführung ; beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemässe Schutzschaltung mit einem Anlageteil, der auf seine Fehlerspannung überwacht wird und Fig. 2 die Schutzschaltung, bei der der Mp-Leiter einer Drehstromanlage auf seine Fehlerspannung überwacht wird.
In den Fig. 1 und 2 stellt 1 den Netztransformator mit den Phasenleitungen R, S, T, Mp dar.
Der Sternpunkt des Transformators 1 ist über den Erder RB geerdet. Die Phasenleitungen führen über den Leistungsschalter 2 und die Primärwicklungen 3,4, 5,6 des Summenstromwandlers 7, der ferner die Sekundärwicklung 8 trägt. Die Sekundärwicklung 8 ist mit der Auslöseeinrichtung des elektromagnetischen Auslösers 9, verbunden, der' ; über ein Schaltschloss 10 auf den Lfistungsschal- ter 2 einwirkt. Der Schalter 2, der Summenstromwandler 7 mit seinen Wicklungen 3,4, 5,6, 8 und der Auslösemagnet, sowie das Schaltschloss 10 werden auch bei einem Fehlerstrom-Schutz- schalter der bisherigen Art benötigt. Nicht dargestellt ist die vom VDE vorgeschriebene Prüfvorrichtung für den Fehlerstrom-Schutzschalter.
Der Verbraucher 11 in Fig. 1 soll geschützt werden, dass er auf seine Fehlerspannung überwacht wird und bereits bei einem geringeren Strom als dem Nennauslösestrom des Fehlerstrom-Schutzschalters abschaltet. Hiezu ist sein metallisches Gehäuse 12 mit der weiteren Wicklung 13 des Summenstromwandlers 7 verbunden. Die Wicklung 13 ist über einen Blindwiderstand 14 und den Erder RE geerdet. Tritt jetzt ein Fehler, z. B. in der Phasenleitung R auf (in der Zeichnung durch einen Blitzpfeil angedeutet), so fliesst der Fehlerstrom IF vom Transformator 1 in der gezeichneten Richtung durch die Wicklung 3 des Summenstromwandlers 7 über die Fehlerstelle, das Gehäuse 12, die Wicklung 13 und den Blindwiderstand 14 zur Erde RE und von dort über das Erdreich zur Sternpunktserde RB des Transformators 1.
Der Blindwiderstand 14 und die Windungszahlen der Wicklungen 3,13 sind so dimensioniert, dass das Überschreiten der Spannung des Gehäuses 12 gegen Er- de über einen bestimmten Wert ein Auslösen des Schalters bewirkt. Der Wicklungssinn der Wicklungen 3, 4, 5,6 und 13 ist so getroffen, dass sich die Durchflutung im Fehlerfall addiert. Wenn die Windungzahl der Wicklung 13 gleich der der Wicklung 3 ist, löst der Fehlerstrom-Schutzschalter jetzt bei dem halben Nennauslösestrom aus. Wenn ganz allgemein die Windungszahl der Wicklung 13 n-mal die Windungszahl der Primärwicklung 3,4, 5 oder 6 beträgt, ist die Auslösestromstärke herabgesetzt. Für Geräte, die hinter dem Wandler 7 in der für Fehlerstrom-Schutzschaltung üblichen Weise angeschlossen und direkt geerdet sind, arbeiten die erfindungsemässe Schutzschaltung in der herkömmlichen Weise.
Es ist auch möglich, das auf Fehlerspannung überwachte Gerät 11,12 zusätzlich direkt zu erden und damit in den Fehlerstromschutz einzubeziehen.
In Fig. 2 ist die Schaltung angegeben, die erfindungsgemäss zum Überwachen der Spannung des MpLeiters gegen Erde angewendet werden kann und an Hand der der Einfluss eines Wechselstromwiderstandes bei schwankendem Erdwiderstand aufgezeigt wird. In die Erdleitung der Wicklung 13 ist als Wechselstromwiderstand ein Kondensator 14 eingeschaltet, das freie Ende der Wicklung 13 ist mit dem Mp-
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(bei 50 Hz) wählt und einen Erdwiderstand RE bis zu 159 Ohm (gleich 10% von XC) zulässt, ändert sich der Gesamtwiderstand Z von RE = 0 Ohm bis RE = 159 Ohm nur um 0, 5%. Man ist in der Spannungsmessung also weitgehend unabhängig, von der Grösse des Erdwiderstandes.
Gleich günstig wirkt es sich aus, wenn an Stelle des Kondensators 14 eine Induktivität in die Erdleitung der Wicklung 13 geschaltet ist.
Die Bezugszeichen 11,12 stellen einen Anlagenteil dar, der in üblicher Weise durch FehlerstromSchutzschaltung geschützt ist. Zur Überwachung der Fehlerspannung des metallischen Gehäuses 12 dieses Teiles kann es zusätzlich mit dem Mp-Leiter in der Schaltung nach Fig. 2 verbunden sein (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Erdung RS des Gehäuses 12 wäre hiebei zweckmässig aufzuheben.
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dem nicht geerdeten Ende der Wicklung 13 zu verbinden und so eine Spannungs-überwachung des Gehäuses 12 selbst zu erhalten.