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Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom- und
Fehler spannungsschutzschaltern
Im Patent Nr. 229937 wird eine Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschutzschaltern sowie zur Messung des Erdungs- und Schleifenwiderstandes beschrieben, die ein als Spannungswächter ausgebildetes Relais aufweist, das mit Hilfe einer Drucktaste betätigt wird und die Messanordnung bei anliegender Netzspannung einschaltet und bei zu grossem Spannungsabfall am Schutzleiter sofort ausschaltet.
Die Erfindung besteht darin, dass bei einer solchen Schaltungsanordnung dem Relais ein Prüfstromkreis parallel liegt, der mindestens einen Heissleiter aufweist, dessen stetig ansteigender Strom nach einer in der Grössenordnung von Sekunden liegenden Messzeit entweder infolge zu grossen Spannungsabfalles des Relais zum Abfallen bringt oder denFehlerstrom- oderFehlerspannungsschutzschalter auslöst oder bei dessen Versagen den einen im Prüfstromkreis liegenden thermischen Auslöser betätigt.
In den VDE-Vorschriften 0100 µ 22 N wird verlangt, dass vor Inbetriebnahme einer elektrischen Anlage die Wirksamkeit der Schutzmassnahmen mit Schutzleiter zu prüfen ist. Zu diesen Schutzmassnahmen gehört unter anderem der Einbau von Fehlerstrom-und Fehlerspannungsschutzschaltern. Die prinzipiellen Schaltungen zur Prüfung dieser Schutzmassnahmen sind in Fig. 1 und 2 des Stammpatentes ausführlich dargestellt. Zusammenfassend kann wiederholt werden, dass bei derartigen Prüfschaltungen über einen Prüfwiderstand ein künstlicher Fehler erzeugt wird, der an dem zu schützenden Gerät eine Fehlerspannung hervorruft. Bei der bekannten Messung mit einer Sonde kann diese Fehlerspannung an einem Voltmeter abgelassen werden.
Da die Verwendung einer Messsonde zur Prüfung in den meisten Fällen sehr viel Aufwand erfordert, wird in Netzen, deren Spannung gegen Erde festliegt, die an dem Prüfwiderstand selbst abfallende Spannung gemessen und angezeigt.
Damit durch den Prüfvorgang selbst keine gefährlichen Berührungsspannungen erzeugt und in andere Anlagenteile verschleppt werden können, muss der Prüfwiderstand beim Einschalten so gross sein, dass der entstehende Strom bei einer Reihenschaltung dieses Widerstandes mit dem menschlichen Körper so klein ist, dass im Körper keine gefährlichen Spannungsabfälle entstehen können. Derartige Spannungsabfälle treten grundsätzlich dann auf, wenn der Schutzleiter unterbrochen ist.
Die Vorschriften besagen, dass der Schutzschalter bei einer Prüfung auslösen muss, bevor die an dem Prüfwiderstand gemessene Spannung um mehr als 65 bzw. 24V gegenüber der Netzspannung abgesunken ist. Löst der Schutzschalter innerhalb dieses Bereiches nicht aus, so ist dies ein Zeichen dafür, dass die Schutzschaltung nicht in Ordnung ist..
Die spezielle Schaltungsanordnung, die im Stammpatent beschrieben ist, stellt gegenüber den herkömmlichen Messverfahren mit Voltmetern schon eine wesentliche Verbesserung dar, weil durch die automatische Abschaltung des als Spannungswächter ausgebildeten Relais eine Ja-Nein-Aussage bewirkt wird und darüber hinaus eine Spannungsverschleppung verhindert wird.
DerErfindung lag die Aufgabe zugrunde, den Prüfvorgang voll und ganz zu automatisieren, was unter anderem dadurch gelang, dass der gemäss dem Stammpatent verwendete und von Hand einzuregulierende
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Prüfwiderstand durch einen an sich bekannten Heissleiter ersetzt wurde. Da der Heissleiter einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt, ist die Schaltung an sich instabil. Die Entstehung zu grosser Ströme beim Versagen der Schutzschaltung wird im Rahmen der Erfindung durch den Einbau eines thermischen Auslösers verhindert. Es ist dann möglich, mit Hilfe von drei Spannungsanzeigeorganen unter Verzicht auf übliche Messinstrumente eine Aussage über das ordnungsgemässe Arbeiten der Schutzschaltung und über die Art eventuell vorhandener Fehler zu erhalten.
Nachstehend ist der Gegenstand der Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Die gesamte Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschutzschaltern wird z. B. mit Hilfe eines Schutzkontaktsteckers an den Phasenleiter, den Mittelpunktleiter und den Schutzleiter des geschützten Netzes angeschlossen. Zwischen Phasenleiter und Mittelpunktleiter liegt die Glimmlampe L, die z. B. mit einer roten Abdeckung versehen ist. Die Glimmlampe L2 ist in Reihe mit dem thermischen Auslöser Th zwischen Phasenleiter und Schutzleiter geschaltet. Sie weist z. B. eine gelbe Abdeckkappe auf und brennt immer dann, wenn bei anliegender Netzspannung der thermische Auslöser geschlossen ist. Parallel zu der Reihenschaltung aus dem Heissleiter W, dem Vorwiderstand W1 und dem Ruhekontaktt ist die Glimmlampe Ls geschaltet ; die z. B. in weisser oder grüner Farbe aufleuchtet.
Der Selbsthaltekontakt a des parallel zum Prüfstromkreis liegenden Relais ist so angeordnet, dass durch seine Öffnung ausser dem Relaisstromkreis auch der Prüfstromkreis und der Stromkreis der Lampe L unterbrochen wird.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung ist folgende :
Beim Anschluss des Gerätes an das zu prüfende Netz leuchten bei richtiger Polung die Glimmlampen
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Wird nun das Gerät derart falsch gepolt an das Netz angeschlossen, dass der Phasenleiter mit dem Mittelpunktleiter vertauscht ist, so kann nur die rote Lampe L aufleuchten, weil die zwischen dem Mittelpunktleiter und dem Schutzleiter liegende gelbe Lampe L2 nicht unter Spannung steht. Leuchtet auch nach dem Umpolen nur die rote Lampe L auf, so ist der Schutzleiter unterbrochen.
Wenn dagegen beim Anschluss des Gerätes lediglich die gelbe Lampe L brennt, so wird damit angezeigt, dass in dem Netz der Schutzleiter und der Phasenleiter vertauscht sind. In diesem Falle besteht Lebensgefahr.
Hat man das Gerät in richtiger Polung so angeschlossen, dass die gelbe Lampe L2 und die rote Lampe L aufleuchten, so kann durch das Drücken der Taste T der Messvorgang eingeleitet werden.
Die Schaltung zeigt, dass durch das Schliessen des Kontaktes t das Relais A an Spannung gelegt wird und seinen Selbsthaltekontakt a schliesst. So lange die Taste T gedrückt bleibt, ist der Ruhekontakt
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des Relais A wird durch das Aufleuchten der weissen Lampe Ls angezeigt. Damit brennen alle drei Lampen gleichzeitig. Mit Beginn der Messung, d. h. nach dem Loslassen der Taste T. wird der Heissleiter W 2 aufgeheizt, wodurch der Strom im Prüfstromkreis nach einer e-Funktion ansteigt. Die Prüfung kann je. nach Zustand der zu überwachenden Anlage zu einem der folgenden drei Ergebnisse führen :
I.
Sobald nach einigen Sekunden der stetig ansteigende Prüfstrom den Auslösestrom des intakten Schutzschalters überschritten hat, löst der Schutzschalter aus und trennt die zu prüfende Anlage vom Netz.
Dieses Ergebnis wird dadurch angezeigt, dass alle drei Lampen zugleich erlöschen.
II. Nach einer gewissen Messzeit fällt das Relais A ab, weil entweder der Erdungswiderstand des Schutzleiters zu hoch ist oder der Auslösestrom des Schutzschalters so hoch eingestellt ist, dass die Abfallspannung am Relais unterschritten wird. Dieser Fehler wird durch das Erlöschen der weissen Lampe L infolge Öffnung des Kontaktes a angezeigt.
III. Nach einigen Sekunden Prüfzeit schaltet der thermische Auslöser sowohl den Prüfstromkreis als
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nen bleibt. Das Ansprechen des thermischen Auslösers zeigt bei Fehlerstromschutzschaltungen entweder eine Vertauschung des Mittelpunktleiters mit dem Schutzleiter oder einen Kurzschluss zwischen diesen beiden Leitern an.
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Bei Fehlerspannungsschutzschaltern ist dieses Prüfungsergebnis ein Zeichen dafür, dass der Schutz- leiter eine niederohmige Nebenerde hat.
Hat die Prüfung ergeben, dass die Schutzschaltung gemäss I in Ordnung ist oder ein Fehler nach II vor- liegt, so kann die Schaltungsanordnung nach einigen Sekunden Wartezeit zur Abkühlung des Heizleiterwi- derstandes zu einer erneuten Messung benutzt werden. Die Widerstände W und W werden so dimensio- niert, dass die Wartezeit bis zur nächsten Messung in den genannten Fällen vorzugsweise nicht grösser als etwa 10 sec ist. Liegt dagegen ein Fehler nach III vor, so ist die Wartezeit bis zur nächsten Messung län- ger, da der thermische Auslöser zu seiner Abkühlung und Wiedereinschaltung etwa 1 min benötigt.
Wird die beschriebene Schaltungsanordnung zur automatischen Prüfung von Fehlerstrom- und Fehler- spannungsschutzschaltern vor einer ausreichenden Abkühlung erneut in Betrieb genommen, so werden ge- fährliche Spannungsverschleppungen dadurch vermieden, dass bei geschlossenem Thermoauslöser und zu niedrigem Heissleiterwiderstand durch das Drücken der Taste T infolge der Öffnung des Kontaktes t2 der Prüfstromkreis unterbrochen wird und das Relais nach dem Loslassen der Taste T sofort erneut ab- schaltet. Bei noch offenem Thermoauslöser kann bei der in der Schaltung angegebenen Lage dieses Aus- lösers kein Prüfstrom entstehen, so dass ebenfalls keine Spannungsverschleppung hervorgerufen werden kann.
Die Schaltungsanordnung zur automatischen Prüfung von Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschutzschaltern besitzt dadurch entscheidende Vorteile gegenüber den bisher bekanntgewordenen Schaltungen auf diesem Gebiet. Da die Abkühlungszeit und damit die Zeit bis zum Wiedereinschalten des Thermo- auslösers wesentlich grösser ist als die Abkühlungszeit des Heizleiterwiderstandes, wird eine Überlastung des Heissleiters mit Sicherheit vermieden. Durch die Automatisierung ergab sich der weitere grosse Vorteil der Unabhängigkeit von Bedienungs- und Ablesefehlern. Ein entscheidender Fortschritt ist auch darin zu sehen, dass Fehler in der Schutzschaltung nicht nur grundsätzlich angezeigt, sondern durch verschiedene Lampensignale auch so genau gekennzeichnet werden, dass weitere Hilfsmittel zur genauen Feststellung der Fehlerart überflüssig sind.
Gegenüber den früher üblichen Prüfschaltern mit einem oder mehreren Voltmetern und Einstellwiderständen zeichnet sich der Gegenstand der Erfindung durch kleine Abmessungen, geringes Gewicht, niedrigen Preis und Unempfindlichkeit gegen Erschütterungen aus. Es ist nicht möglich, das Gerät durch unsachgemässe Bedienung zu zerstören. Da alle Aussagen des Gerätes in Form von Ja-Nein-Entscheidungen geliefert werden, kann die Prüfung auch von ungeübtem Hilfspersonal durchgeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschutzschaltern, die nach Patent Nr. 229937 ein als Spannungswächter ausgebildetes Relais aufweist, das mit Hilfe einer Drucktaste betätigt wird und die Messanordnung bei anliegender Netzspannung mit Hilfe eines Selbsthaltekontaktes einschaltet und bei zu grossem Spannungsabfall amSchutzleiter sofort ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass dem Relais (A) ein Prüfstromkreis parallel liegt, der mindestens einen Heissleiter(W) aufweist, dessen stetig ansteigender Strom nach einer in der Grössenordnung von Sekunden liegenden Messzeit entweder infolge zu grossen Spannungsabfalles das Relais (A)
zum Abfallen bringt oder den Fehlerstrom- oder Fehlerspannungsschutzschalter auslöst oder bei dessen Versagen einen im Prüfstromkreis liegenden thermischen Auslöser (Th) betätigt.
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Circuit arrangement for testing fault current and
Voltage circuit breaker fault
Patent No. 229937 describes a circuit arrangement for testing residual current and fault voltage protection switches and for measuring the earthing and loop resistance, which has a relay designed as a voltage monitor, which is actuated with the help of a push button and which switches the measuring arrangement on when the mains voltage is applied and when it is closed switches off immediately if there is a large voltage drop on the protective conductor.
The invention consists in the fact that in such a circuit arrangement the relay has a test circuit in parallel, which has at least one hot conductor, the steadily increasing current of which, after a measurement time of the order of seconds, either causes the relay to drop due to excessive voltage drop or the fault current or fault voltage circuit breaker triggers or, in the event of its failure, actuates the thermal release located in the test circuit.
In the VDE regulations 0100 µ 22 N it is required that the effectiveness of the protective measures with a protective conductor must be checked before commissioning an electrical system. These protective measures include the installation of residual current and residual voltage circuit breakers. The basic circuits for testing these protective measures are shown in detail in FIGS. 1 and 2 of the parent patent. In summary, it can be repeated that in test circuits of this type an artificial fault is generated via a test resistor which causes a fault voltage on the device to be protected. In the known measurement with a probe, this error voltage can be drained on a voltmeter.
Since the use of a measuring probe for testing requires a great deal of effort in most cases, the voltage drop across the test resistor itself is measured and displayed in networks whose voltage to earth is fixed.
So that the test process itself does not generate dangerous contact voltages and can be carried over to other parts of the system, the test resistor must be so large when switched on that the resulting current when this resistor is connected in series with the human body is so small that no dangerous voltage drops occur in the body can. Voltage drops of this kind generally occur when the protective conductor is interrupted.
The regulations state that the circuit breaker must trip during a test before the voltage measured at the test resistor has dropped by more than 65 or 24V compared to the mains voltage. If the circuit breaker does not trip within this range, this is a sign that the protective circuit is not OK.
The special circuit arrangement, which is described in the parent patent, represents a significant improvement compared to the conventional measuring method with voltmeters, because the automatic switch-off of the relay, which is designed as a voltage monitor, results in a yes-no statement and also prevents voltage carryover.
The invention was based on the task of fully automating the testing process, which was achieved, among other things, by the fact that the one used in accordance with the parent patent and had to be regulated by hand
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Test resistor was replaced by a known thermistor. Since the hot conductor has a negative temperature coefficient, the circuit itself is unstable. The creation of excessively large currents when the protective circuit fails is prevented within the scope of the invention by installing a thermal release. It is then possible, with the aid of three voltage display devices, to obtain information about the proper functioning of the protective circuit and about the type of faults that may be present, without the use of conventional measuring instruments.
The subject matter of the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawing.
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The entire circuit for testing residual current and residual voltage circuit breakers is z. B. with the help of an earthing contact plug to the phase conductor, the center conductor and the protective conductor of the protected network. Between the phase conductor and the center conductor is the glow lamp L, the z. B. is provided with a red cover. The glow lamp L2 is connected in series with the thermal release Th between the phase conductor and protective conductor. She has z. B. on a yellow cap and always burns when the thermal release is closed when the mains voltage is applied. The glow lamp Ls is connected in parallel to the series circuit comprising the heat conductor W, the series resistor W1 and the normally closed contact; the z. B. lights up in white or green color.
The self-holding contact a of the relay lying parallel to the test circuit is arranged in such a way that, through its opening, not only the relay circuit but also the test circuit and the circuit of the lamp L are interrupted.
The circuit arrangement described works as follows:
When the device is connected to the network to be tested, the glow lamps light up if the polarity is correct
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If the device is now connected to the mains with the wrong polarity that the phase conductor is interchanged with the neutral conductor, only the red lamp L can light up because the yellow lamp L2 between the neutral conductor and the protective conductor is not live. If only the red lamp L lights up even after reversing the polarity, the protective conductor is interrupted.
If, on the other hand, only the yellow lamp L is lit when the device is connected, this indicates that the protective conductor and the phase conductor are interchanged in the network. In this case there is a mortal danger.
If the device has been connected with the correct polarity so that the yellow lamp L2 and the red lamp L light up, the measurement process can be initiated by pressing the T key.
The circuit shows that when contact t is closed, voltage is applied to relay A and its self-holding contact a closes. As long as the T key is pressed, the contact is normally closed
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of relay A is indicated by the lighting up of the white lamp Ls. This means that all three lamps burn at the same time. With the start of the measurement, i. H. After releasing the T button, the heat conductor W 2 is heated up, causing the current in the test circuit to increase according to an exponential function. The exam may ever. lead to one of the following three results depending on the condition of the system to be monitored:
I.
As soon as, after a few seconds, the steadily increasing test current has exceeded the tripping current of the intact circuit breaker, the circuit breaker trips and disconnects the system to be tested from the mains.
This result is indicated by the fact that all three lamps go out at the same time.
II. After a certain measuring time, relay A drops out because either the earth resistance of the protective conductor is too high or the tripping current of the circuit breaker is set so high that the dropout voltage at the relay is not reached. This error is indicated by the white lamp L going out as a result of the opening of contact a.
III. After a test time of a few seconds, the thermal release switches both the test circuit and
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nen remains. In the case of residual current protection circuits, the response of the thermal release indicates either an exchange of the neutral conductor and the protective conductor or a short circuit between these two conductors.
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In the case of residual voltage circuit breakers, this test result is a sign that the protective conductor has a low-resistance secondary earth.
If the test has shown that the protective circuit according to I is OK or there is an error according to II, the circuit arrangement can be used for a new measurement after a waiting period of a few seconds to cool the heating conductor resistance. The resistors W and W are dimensioned in such a way that the waiting time until the next measurement is preferably not greater than about 10 seconds in the cases mentioned. If, on the other hand, there is an error according to III, the waiting time until the next measurement is longer, since the thermal release needs about 1 minute to cool down and switch on again.
If the described circuit arrangement for the automatic testing of residual current and residual voltage circuit breakers is put into operation again before they have cooled down sufficiently, dangerous voltage transfers are avoided by pressing the T button when the thermal release is closed and the heat conductor resistance is too low Contact t2 the test circuit is interrupted and the relay switches off again immediately after releasing the T button. If the thermal release is still open, no test current can arise in the position of this release specified in the circuit, so that no voltage spread can be caused either.
The circuit arrangement for the automatic testing of residual current and residual voltage circuit breakers has decisive advantages over the previously known circuits in this field. Since the cooling time and thus the time until the thermal release is switched on again is considerably longer than the cooling time of the heating conductor resistor, overloading the heat conductor is definitely avoided. The automation resulted in the further great advantage of independence from operating and reading errors. A decisive step forward can also be seen in the fact that faults in the protective circuit are not only indicated in principle, but are also marked so precisely by various lamp signals that further aids for precisely determining the type of fault are superfluous.
Compared to the previously common test switches with one or more voltmeters and setting resistors, the subject of the invention is characterized by small dimensions, low weight, low price and insensitivity to vibrations. It is not possible to destroy the device through improper use. Since all statements of the device are provided in the form of yes-no decisions, the test can also be carried out by inexperienced support staff.
PATENT CLAIMS:
Circuit arrangement for testing residual current and residual voltage circuit breakers, which, according to patent no , characterized in that the relay (A) is paralleled by a test circuit which has at least one hot conductor (W), the steadily increasing current of which, after a measurement time of the order of seconds, either due to an excessive voltage drop, the relay (A)
drops or triggers the residual current or residual voltage circuit breaker or, if it fails, actuates a thermal release (Th) in the test circuit.