DE10057645A1

DE10057645A1 - Mehrphasenwechselstromkreis

Info

Publication number: DE10057645A1
Application number: DE2000157645
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Stolz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-05-29

Abstract

Durch zunehmende Verbreitung von nichtsinusförmig belastenden Geräten entstehen immer stärkere Ströme in den Null-Leitern. Die Null-Leiter in den bekannten Drehstromkreisen sind gegen die mit Überströmen einhergehende Überhitzung nicht geschützt. Sie können auch durch den schlichten Einbau von Überstromsicherungen in den Null-Leiter nicht geschützt werden; denn das Ansprechen einer solchen Sicherung würde zwar die Überhitzung des Null-Leiters beenden, dabei würden aber gleichzeitig die entstehenden Fehlerströme die angeschlossenen Geräte zerstören oder beschädigen. DOLLAR A Der erfindungsgemäße Wechselstromkreis ist zum Anschluß nichtsinusförmiger Verbraucher geeignet, weil er entweder DOLLAR A - so ausgebildet ist, daß auch sehr hohe Ströme abgeführt werden können oder DOLLAR A - bei Erreichen kritischer Ströme der Kreis abgeschaltet oder Signale ausgelöst werden. DOLLAR A Dadurch können die existierenden Endgeräte weiterhin Verwendung finden und nach Unteranspruch 3 sogar vorhandene Drehstromnetze mit geringem Aufwand umgerüstet werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrphasenwechselstromkreis, insbesondere Dreiphasen-Drehstromkreis, der dafür ausgelegt ist, einen erheblichen Strom im Null-Leiter zu führen, ohne daß dadurch Überhitzungs- und Brandgefahr entsteht.

1. Stand der Technik

Bekannt sind Drehstromkreise, die aus einem Null-Leiter und mehreren Außenleitern bestehen, wobei der Null-Leiter maximal den Querschnitt der einzelnen Außenleiter aufweist und nur in den Außenleitern eine Überstromsicherung vorge sehen ist.

Bekannt sind dabei insbesondere Schutzschaltungsanordnun gen, welche zum selbständigen Abschalten von Drehstrom kreisen im Falle von Überströmen oder Fehlströmen in den Außenleitern eines Drehstromkreises führen (Deutsch land 27 02 666; Deutschland 28 23 444). Bekannt ist wei terhin eine Vorrichtung zum Schutz von elektrischen Anla gen, bei denen der Null-Leiter nicht direkt an Masse liegt, gegen eine Erhitzung des Null-Leiters (Deutsch land 27 44 177). Hingegen ist noch keine Anordnung be kannt, die bei Auftreten von Überströmen im Null-Leiter den Drehstromkreis abschaltet; denn die Fachwelt hat einer derartige Sicherung jahrzehntelang für überflüssig gehal ten wg. des allgemeinen Vorurteils, im Null-Leiter könnten keine, jedenfalls keine nennenswerten Ströme auftreten. Diese Lehrmeinung beruht auf der Annahme, daß die Wechsel ströme in den einzelnen Außenleiterkreisen (L₁-L₃ in Bild 4.1) in sinusförmigen Wellen zunehmen und abnehmen, wobei diese Wellen um eine Phasenlänge von 120° versetzt verlau fen, so daß die Summe aller drei Ströme, wenn sie im Null- Leiter zurückfließen gleich Null ist (s. Darstellung des Strom-Zeit-Verlaufs in Bild 4.1)

2. Problem

Die nach dem Stand der Technik aufgebauten Drehstromnetze genügen den praktischen Anforderungen, solange fast aus schließlich Verbraucher angeschlossen sind, die den sinus förmigen Stromfluß in der Leitung nicht verändern. In die sem Falle trifft die oben geschilderte Lehrmeinung zu, wo nach die Summe der Ströme in den Außenleitern und damit der Strom im Null-Leiter stets gleich oder annähernd gleich Null ist. Es gibt jedoch auch Geräte, die den si nusförmigen Stromfluß nicht unbeeinflußt lassen. Hierzu zählen insbesondere Schaltnetzgeräte und andere Geräte, die durch ihr von der Wechselstromfrequenz abhängiges Ein- und Ausschaltverhalten und die damit einhergehenden Bela stungswechsel zu einer steileren, mehr rechteckförmigen Schwingung des Wechselstroms führen. Wenn der Anteil der artiger Verbraucher an der Gesamtstromabnahme in einem Drehstromnetz zunimmt, entsteht auch ein zunehmender Strom im Null-Leiter; denn die Summe der Einzelströme in den drei Außenleitern ist bei Überlagerung mehrerer annähernd rechteckförmiger Wechselströme nicht mehr ständig gleich Null (s. Darstellung in Bild 4.2). Mit der zunehmenden Verbreitung von nichtsinusförmig belastenden Geräten ent stehen deshalb immer stärkere Ströme in den Null-Leitern. Dies ist mittlerweile in vorhandenen Anlagen oder in zweckmäßigen Versuchsaufbauten meßtechnisch nachweisbar.

Auf derart starke Ströme im Null-Leiter sind die vorhande nen Drehstromnetze technisch nicht vorbereitet; denn die Null-Leiter sind entsprechend den einschlägigen techni schen Sicherheitsvorschriften in der Regel nicht stärker dimensioniert als jeder einzelne Außenleiter. Überdies sind die Null-Leiter nicht mit den in den Außenleitern üb lichen Sicherungen versehen, die eine Trennung des Leiters bei Überschreiten einer bestimmten Stromstärke bewirken. Eine solche Sicherung darf im Null-Leiter nicht angebracht werden, weil bei einer Trennung (nur) des Null-Leiters Überspannungen an Geräten zwischen den Außenleitern und dem Null-Leiter auftreten würden.

Die Null-Leiter in den bekannten Drehstromkreisen sind al so gegen die mit Überströmen einhergehende Überhitzung und die daraus resultierende Brandgefahr nicht geschützt und können auch durch den schlichten Einbau von Überstromsi cherungen in den Null-Leitern nicht geschützt werden; denn das Ansprechen einer solchen Sicherung würde zwar die Überhitzung des Null-Leiters beenden, dabei würden aber gleichzeitig die entstehenden Fehlerströme zur Beschädi gung oder Zerstörung der angeschlossenen Geräte führen.

Es gilt also, einen Drehstromkreis zu entwickeln, der zum Anschluß derartiger Verbraucher geeignet ist, der also oh ne Überhitzungs- und Brandgefahr einen erheblichen Strom durch den Null-Leiter abführen kann oder andernfalls bei Überstrom abschaltet.

3. Die Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1. bis 3. gelöst.

Die Ansprüche beschreiben Drehstromkreise, die entweder

- so ausgebildet sind, daß auch sehr hohe Ströme (bis zur Summe der Ströme in den Außenleitern) abgeführt werden können (Unteranspruch 2.) oder
- die bei Erreichen kritischer Ströme den Kreis ab schalten oder Signale auslösen (Unteranspruch 3.).

Die Schaltungsanordnung laut Unteranspruch 3. mißt den Strom im Endleiter und schaltet bei Erreichen der vorgese henen Stromstärke die Außenleiter ab. Sinnvoll sind Aus führungsvarianten, bei denen zunächst einzelne Außenleiter abgeschaltet werden (Unteranspruch 3.3.) oder zur Einspa rung von Material und Platz die Schalter gleichzeitig als Leitungsschutzschalter ausgeführt sind (Unteranspruch 3.4., Fig. 3.1) oder gleichzeitig als Fehlerstrom- Schutzschalter ausgeführt sind (Unteranspruch 3.4., Fig. 3.2).

5. Erreichte Vorteile

Mit der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß die existierenden Endgeräte weiterhin massenhaft Ver wendung finden können, ohne daß deren technische Charakte ristik (Belastungsverhaltung) durch aufwendige konstrukti ve Änderungen an den Endgeräten verändert werden müßte.

Der Unteranspruch 3 weist darüberhinaus den Vorteil auf, daß vorhandene Drehstromnetze ohne aufwendige Nachrüstung von Kabelstrecken weiterhin ohne Überhitzungs- und Brand gefahr genutzt werden können, auch wenn im Null-Leiter ein Strom auftritt, z. B. durch zunehmenden Anschluß von Ver brauchern mit sinusförmigem Belastungsverhalten. Schal tungsanordnungen nach diesem Unteranspruch 3. können auch bei der Neuerrichtung von Drehstromkreisen genutzt werden; für eine solche neue Anlage wird dann - im Vergleich zu einer Ausführung nach Unteranspruch 2. - weniger Material benötigt, da ohne eine Schaltungsanordnung nach Unteran spruch 3. zur Vermeidung von gefährlicher Erhitzung des Null-Leiters für den Null-Leiter u. U. ein solcher Quer schnitt gewählt werden müßte, daß durch den Null-Leiter auch der im schlechtesten Falle auftretende Gesamtstrom (Summe der drei zulässigen Einzelströme in den Einzellei tern) abgeleitet werden könnte.

6. Weitere Ausgestaltung der Ansprüche

Die im Unteranspruch 3.3. beschriebene Schaltungsanordnung hat darüber hinaus den Vorteil, daß bei Auftreten von Überströmen im Null-Leiter nicht sofort alle drei Außen leiterkreise unterbrochen werden, sondern zunächst nur ei ner und damit die Ausfälle im Drehstromkreis verringert werden.

Die in Unteranspruch 3.4. geschilderten Ausführungsvarian ten haben den Vorteil, daß durch platzsparende Kombination der Erfindung mit anderen Schaltelementen eine platzspa rende und preiswerte Ausführung möglich wird.

Claims

1. Mehrphasenwechselstromkreis, insbesondere Dreiphasen- Drehstromkreis (nachfolgend Drehstromkreis) dadurch ge kennzeichnet, daß auch im Neutral- (oder PEN-)Leiter (nachfolgend Null-Leiter) ein Strom geführt werden kann, ohne daß es zu einer für den Null-Leiter oder für die Um gebung schädlichen Erhitzung des Null-Leiters kommt;

2. Drehstromkreis nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Nulleiter eine größere Stromleitfähigkeit auf weist als ein einzelner Außenleiter, z. B. daß er ebenso stromleitfähig ist, wie die Summe der Außenleiter;

1. 2.1. Drehstromkreis nach Anspruch 2., dadurch gekenn zeichnet, daß der Null-Leiter einen größeren Quer schnitt aufweist als ein einzelner Außenleiter, z. B. einen solchen Querschnitt, welcher bei glei chem Leitermaterial den Strom ableiten kann, der bei gegebenem Querschnitt und Material der Außen leiter maximal bei Parallelschaltung aller Außen leitern gleichzeitig fließen kann;
2. 2.2 Drehstromkreis nach Anspruch 2., dadurch gekenn zeichnet, daß der Null-Leiter aus einem Material besteht, welches (bei gleichem Querschnitt der Lei ter) einen größeren Strom ableiten kann als das Ma terial der Außenleiter, z. B. einen solchen Strom, wie er in der Summe bei gegebenem Querschnitt und Material der Außenleiter maximal bei Parallelschal tung aller Außenleiter gleichzeitig fließen kann;

3. Drehstromkreis nach Anspruch 1., gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung zur selbstätigen Abschaltung einzelner oder aller zugehörigen Außenleiterstromkreise, sobald der Strom im Nulleiter eine bestimmte (schädliche) Stärke erreicht;

1. 3.1. Drehstromkreis mit einer Schaltungsanordnung nach An spruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfunktion der Strommeßeinrichtung im Null- Leiter den Stromfluß in allen drei Außenleitern bei Erreichen der vorbestimmten Stromstärke unterbricht;
2. 3.2. Drehstromkreis mit einer Schaltungsanordnung nach An spruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfunktion der Strommeßeinrichtung im Null- Leiter den Stromfluß in allen drei Außenleitern bei Erreichen der vorbestimmten Stromstärke unterbricht und der Null-Leiter ebenfalls unterbrochen wird; wo bei der Nulleiter jedoch nie unterbrochen wird, bevor alle Außenleiter unterbrochen sind oder wenn er gleichzeitig als PE-Leiter dient
3. 3.3. Drehstromkreis mit einer Schaltungsanordnung nach An spruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfunktion in der Strommeßeinrichtung im Null-Leiter den Stromfluß nur in einem oder in zwei der Außenleiter unterbricht und der Null-Leiter in keinem dieser beiden letztgenannten Fälle unterbro chen wird; wobei insbesondere jeweils bei erneutem Erreichen der vorbestimmten Stromstärke ein anderer als der zunächst unterbrochene Außenleiter unterbro chen wird
4. 3.4. Drehstromkreis mit einer Schaltungsanordnung nach An spruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter in den Außenleitern gleichzeitig als Leitungsschutz schalter und/oder Fehlerstromschutzschalter ausge führt sind;
5. 3.5. Drehstromkreis mit einer Schaltungsanordnung nach An spruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß die Strom meßeinrichtung statt der Abschaltung oder gemeinsam mit der Abschaltung eine Signalisierung bei Erreichen der vorbestimmten Stromstärke auslöst.