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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Leitungsschutzeinrichtung für
ein Leitungsnetz mit zumindest einer Phasenleitung und einem Nullleiter, wobei
die Phasenleitungen jeweils zugeordnete Leitungsschutzschalter zur
Abschaltung der Phasenleitungen aufweisen.
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Bei
Elektroinstallationen werden Leitungsschutzschalter verwendet, welche
gewöhnlich als Überstromschutzeinrichtung das
Leitungsnetz vor einem Schaden bewahren. Der Leitungsschutzschalter schützt
Leitungen vor einer Beschädigung durch zu starke Erwärmung
in Folge eines zu hohen Stroms. Wenn der vorgegebene Nennwert des
durch den Leitungsschutzschalter fließenden Stroms eine
vorbestimmte Zeit nennenswert überschritten wird, erfolgt die
Abschaltung, d. h. der Leitungsschutzschalter trennt die Phase vom
Versorgungsanschluss. Ferner besteht die Möglichkeit, manuell
eine Abschaltung zu bewirken, wenn der Leitungsschutzschalter mit
einem Schaltknebel ausgeführt ist, welcher von Hand betätigt
werden kann. Eine dritte Möglichkeit der Abschaltung einer
Phasenleitung ist durch einen Leitungsschutzschalter gegeben, wenn
im Leitungsnetz der Fall eines Kurzschlusses eintritt. Schaltet
der Leitungsschutzschalter auf Grund eines Kurzschlusses ab, so
kann die Abschaltung innerhalb weniger Millisekunden erfolgen, wobei
die Abschaltung in Abhängigkeit der Ausführung
des Leitungsschutzschalters durch einen in diesen integrierten Elektromagneten erfolgt.
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Sowohl
bei industrieller als auch bei häuslicher Installation
umfassen derartige Leitungsnetze drei Phasenleitungen, welche gegen
einen Nullleiter eine elektrische Span nung aufweisen und zur Versorgung
von Verbrauchern dienen, welche entweder in einer Dreiecks-Anordnung
der Phasenleitungen untereinander oder in einer Stern-Anordnung
der Phasenleitungen gegen den Nullleiter an das Leitungsnetz angeschlossen
werden. Einzelne Verbraucher können auch an jeweils zwei
Phasenleitungen angeschlossen werden, wobei auch ein Betrieb eines Verbrauchers
mit einem Anschluss an nur einer Phasenleitung gegen den Nullleiter
möglich ist. Der Nullleiter wird auch als Neutralleiter
bezeichnet.
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Bei
bekannten Ausführungen von Leitungsnetzen sind die Phasenleitungen
jeweils mit Leitungsschutzschaltern abgesichert, wobei zusätzlich ein
Fehlerstrom-Schutzschalter vor den Leitungsschutzschaltern einsetzbar
ist. Ebenfalls können zusätzliche Auslöseeinrichtungen
wie z. B. multifunktionale (Drei-)Phasenwächter zum Einsatz
kommen, welche alle Phasenparameter wie Phasenfolge, Phasenausfall, Über-
und Unterspannung oder eine elektrische Asymmetrie der Phasenfolge
im Leitungsnetz überwachen können und ggf. für
eine Abschaltung der Phaseleitungen sorgen.
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In
Versorgungsnetzen besteht jedoch häufig die Notwendigkeit,
auch den Nullleiter zu überwachen. Bei einem Bruch des
Nullleiters kann es beispielsweise zur Zerstörung von angeschlossenen Verbrauchern
kommen, da sich überhöhte Spannungen oder Spannungseinbrüche
in den Phasenleitungen ausbilden können, welche einen Schaden
des angeschlossenen Verbrauchers oder des Leitungsnetzes zur Folge
haben. Eine aktive Überwachung eines Nullleiters ist jedoch
aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitungsschutzeinrichtung
zu schaffen, die die Betriebssicherheit eines bestehenden Leitungsnetzes
erhöht, insbesondere in Bezug auf mögliche Fehler
beim Nullleiter.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Leitungsschutzeinrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einem Leitungsschutzschalter
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9 mit den
jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Nullleiter
eine Überwaschungseinheit und ein Auslöseelement
aufweist, das bei einem im Nullleiter auftretenden elektrischen
Fehler wenigstens eine Phasenleitung abschaltet. Die Überwachungseinheit
nebst Auslöseelement wird im folgenden auch „Nullleitungsschalter"
genannt.
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Damit
wird der Vorteil erreicht, dass bei einem Bruch des Nullleiters über
den Nullleitungsschalter eine Abschaltung der Phasenleitung erfolgen
kann. Die Leitungsschutzeinrichtung ist daher als phasenleitungs-
und nullleiterüberwachtes System ausgebildet, welches sowohl über
einen Leitungsschutzschalter als auch über die Nullleitungsüberwachung
mit dem Auslöseelement und einer Betätigungsmechanik
verfügt. Das Auslöseelement und die Betätigungsmechanik
können dabei durch einen Arbeitsstromauslöser
realisiert sein.
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Ereignet
sich ein elektrischer Fehler im Leitungsnetz, so kann der Nullleitungsschalter
derart mit den Leitungsschutzschaltern zusammenwirken, dass bei
einem im Nullleiter auftretenden elektrischen Fehler die Phasenleitungen
durch Betätigung der Leitungsschutzschalter abgeschaltet
werden. Damit werden Verbraucher wirksam vor einer Beschädigung
geschützt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform des Nullleitungsschalters
ist dieser nach Art eines multifunktionalen Phasenwächters
ausgeführt. Dieser ermöglicht eine Netzüberwachung,
wobei diese vorzugsweise Niederspannungsnetze (bis 1.000 Volt) betreffen.
Erfindungsgemäß ist im Nullleiter ein derartiges
Mess- und Überwachungsrelais angeordnet, welches bei Fehlern
im Leitungsnetz den betreffenden Netzabschnitt durch selektives
Abschalten einzelner Leitungsschutzschalter schützt oder
ein Abschalten aller Leitungsschutzschalter möglich macht.
Derartige Mess- und Überwachungsrelais reagieren bei einer
fehlerhaften Phasenfolge, bei Spannungsschwankungen, bei einem Phasenausfall oder
einer Phasenasymmetrie. Betreffend den Fehlerfall einer unrichtigen
Phasenfolge können mehrere im Leitungsnetz betriebene Verbraucher
Schaden nehmen. Gewöhnlich müssen die Phasen in
der richtigen Reihenfolge aufgelegt werden, wobei normalerweise
die Reihenfolge L1:L2:L3 ist. Bei ortsveränderlichen Verbrauchern
kann die Phasenfolge unter Umständen geändert
werden, so dass beispielsweise Motoren in die falsche Richtung drehen.
In einem Gesamtsystem von Verbrauchern kann es zum teilweisen Ausfall
des Systems kommen, wobei zwar die einzelnen Leitungsschutzschalter
in den Phasenleitungen nicht selbsttätig auslösen,
jedoch trotzdem ein Schaden an den durch das Leitungsnetz gespeisten
Verbrauchern auftritt. Aufgrund möglicher Spannungsschwankungen
können ebenfalls Teile der Verbraucher, die im Leitungsnetz
angeschlossen sind, Schaden nehmen, so dass sowohl bei einer Überspannung
als auch bei einer Unterspannung der Nullleitungsschalter für
eine Abschaltung der Phasenleitungen sorgt. Gleiches gilt für
den Phasenausfall oder einer Phasenasymmetrie.
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Vorteilhafterweise
sind der Nullleitungsschalter und die Leitungsschutzschalter auf
einem gemeinsamen Aufnahmemittel mechanisch aufgenommen sowie parallel
und angrenzend aneinander angeordnet. Das Aufnahmemittel zur gemeinsamen Aufnahme
der Schutzschalter ist vorzugsweise als Hutschiene ausgeführt,
und ermöglicht eine parallel zueinander angeordnete Montage
der Schalter. Neben den drei Leitungsschutzschaltern sowie einem Phasenwächter
und einem Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter) kann erfindungsgemäß ein
weiterer multifunktionaler Phasenwächter als Nullleitungsschalter
auf der Hutschiene angeordnet werden. Damit wird ein Leitungsnetz
geschaffen, welches ein einheitliches Sicherungssystem umfasst und über
die bekannten Leitungsschutzschalter zum Schutz der Phasenleitungen
hinaus einen multifunktionalen Phasenwächter zum Schutz
des Nullleiters besitzt.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung umfasst eine mechanische
oder elektrische Verbindung zwischen dem Nullleitungsschalter und
wenigstens einem Leitungsschutzschalter, um einen Auslösemechanismus
zu bilden. Mittels der mechanischen Verbindung ist eine Betätigung
des zumindest einen Leitungsschutzschalters zur Abschaltung der
zugeordneten Phasenleitung durch den erfindungsgemäßen
Nullleitungsschalter möglich. Dabei besteht die Möglichkeit,
die mechanische Verbindung lediglich auf einen Teil der Leitungsschutzschalter
oder auf alle Leitungsschutzschalter zu erstrecken, so dass auch
bei einem Fehler im Nullleiter, der lediglich durch eine Phasenleitung
verursacht ist, alle Phasenleitungen abgeschaltet werden können.
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Es
ist weiterhin von Vorteil, dass das Leitungsnetz ein Drehstromnetz
ist und drei Phasenleitungen mit drei diesen zugeordneten Leitungsschutzschaltern
umfasst. Die vor liegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein Leitungsnetz
mit drei Phasenleitungen beschränkt, sondern es besteht
die Möglichkeit, auch ein Leitungsnetz mit einem, zwei
oder beliebig vielen Phasenleitungen durch einen erfindungsgemäßen
Nullleitungsschalter zu erweitern. Zwischen den Phasenleitungen
selbst sowie zwischen den Phasenleitungen und dem Nullleiter können
Verbraucher angeschlossen werden, so dass eine asymmetrische Belastung
des Netzes hervorgerufen werden kann. Daher kann bei Einzelabschaltung
der Phasenleitungen durch einzelne Leitungsschutzschalter nicht
grundsätzlich das Leitungsnetz vor einem Schaden bewahrt
werden, so lange übrige Phasenleitungen weiterhin in Betrieb
sind und entweder untereinander oder gegen den Nullleiter einen
Verbraucher speisen. Daher ist insbesondere bei einem Mehrphasennetz
die erfindungsgemäße Anordnung eines Nullleitungsschalters
vorteilhaft.
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Die
mechanische Verbindung zwischen dem Nullleitungsschalter und dem
wenigstens einen Leitungsschutzschalter zur Bildung des Auslösemechanismus
umfasst zweckmäßigerweise eine durch die parallel
zueinander angeordneten Schalter sich hindurch erstreckende mechanische
Verbindung. Diese kann als durchgehende Schaltwelle oder als Teilschaltelemente
ausgeführt sein, die derart ineinander greifen, dass bei
Abschalten eines ersten Leitungsschutzschalters auch alle weiteren
Leitungsschutzschalter mitbetätigt werden.
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Eine
weitere Ausführungsform der mechanischen Verbindung umfasst
Leitungsschutzschalter mit jeweils zugeordneten Schaltknebeln, wobei
die mechanische Verbindung ein am Nullleitungsschalter angeordnetes
Umgriffselement aufweist, welches den wenigstens einen Schaltknebel
der jeweiligen Leitungsschutzschalter im Fehlerfall zur Abschaltung betätigt.
Derartige Umgriffselemente sind manuell einsetzbar und entnehmbar,
wobei die Schaltknebel und die zugeordneten Umgriffselemente häufig
an der Bedienseite der Leitungsschutzschalter angeordnet sind.
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Es
sei erwähnt, dass die Verbindung zwischen dem Nullleitungsschalter
und den Leitungsschutzschaltern in den Phasenleitungen auch eine elektrische
Verbindung umfassen kann, so dass in Abhängigkeit der Ausführungsform
des multifunktionalen Phasenwächters auch eine elektrische
Betätigung des Auslösemechanismus innerhalb der
Leitungsschutzeinrichtung möglich ist.
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Die
elektrischen Fehler, welche im Nullleiter auftreten können
und zur Auslösung des Nullleitungsschalters führen,
betreffen eine bezogen auf eine vorgesehene Nennspannung oder einen
Nennstrom größeren oder kleineren Wert, einen
Phasenausfall oder eine vom Sollwert abweichende Phasenfolge. Grundsätzlich
führen derartige Fehler zu einer Gefahr für die
durch das Leitungsnetz betriebenen elektrischen Verbraucher. Insbesondere
bei mehreren Verbrauchern, welche in einem System oder einer Anlage
zusammenwirken, können bei einer Überspannung
oder einer Unterspannung oder einem Phasenfehler innerhalb einer
Phasenleitung elektrisch-mechanischen Fehlzustände auftreten,
wenn beispielsweise Verbraucher in einem System langsamer oder schneller
betrieben werden oder jeweilige Betriebszeitpunkte nicht aufeinander
abgestimmt sind. Derartige Fehler können durch Unregelmäßigkeiten
im Leitungsnetz hervorgerufen werden, welche durch Spannungsschwankungen
oder Unregelmäßigkeiten in der Phasenfolge oder
in der Phasenasymmetrie begründet sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Leitungsschutzschalter
eines Leitungsnetzes, das wenigstens eine Phasenleitung und einen
Nullleiter aufweist, wobei der Leitungsschutzschalter als Nullleitungsschalter
ausgebildet und im Nullleiter des Leitungsnetzes angeordnet ist,
um bei Auftreten eines elektrischen Fehlers im Nullleiter die zumindest eine
Phasenleitung abzuschalten. Dieser als Nullleitungsschalter ausgeführte
Leitungsschutzschalter umfasst einen Aufbau nach Art eines multifunktionalen
Phasenwächters, der ferner eine mechanische oder elektrische
Verbindung zu wenigstens einem Leitungsschutzschalter besitzt, um
diesen bei Auftreten des elektrischen Fehlers zur Abschaltung zu
betätigen.
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Damit
bezieht sich die vorliegende Erfindung nicht lediglich auf eine
Leitungsschutzeinrichtung, sondern auch auf den Leitungsschutzschalter
selbst. Dieser kann als Dreiphasenwächter ausgeführt
sein, welcher ein Überwachungsrelais umfasst, um verschiedene Überwachungsfunktionen
zu übernehmen, die beispielsweise Strom- und Spannungsüberwachung,
eine Phasenüberwachung sowie eine Überwachung
der Phasenasymmetrie im Nullleiter relativ zu den Phasenleitungen
ermöglichen. Der erfindungsgemäße Nullleitungsschalter
ist als an die Leitungsschutzschalter anbaubarer Hilfsschalter ausgeführt,
welcher als einheitliche Baugruppe mit den Leitungsschutzschaltern
auf einem Aufnahmemittel wie einer Hutschiene aufgenommen werden kann.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen
angegeben oder werden nachfolgend gemeinsam mit der Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand
der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
Darstellung eines Leitungsnetzes mit einer erfindungsgemäßen
Schutzeinrichtung, welche das Leitungsnetz in Form eines Schaltbildes wiedergibt;
und
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2 eine
schematische Ansicht der Leitungsschutzeinrichtung, in der die Leitungsschutzschalter
gezeigt sind, wobei der erfindungsgemäße Nullleitungsschalter
parallel angrenzend an die Leitungsschutzschalter angeordnet ist.
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Das
ist 1 gezeigte Leitungsnetz umfasst drei Phasenleitungen
L1, L2, L3, so dass das Leitungsnetz als Drehstromnetz ausgebildet
ist. Parallel zu den Phasenleitungen L1, L2 und L3 verläuft
der Nullleiter N, wobei die erfindungsgemäße Leitungsschutzeinrichtung 1 eine
jeweilige elektrische Verbindung mit den Phasenleitungen L1, L2
und L3 sowie dem Nullleiter N umfasst. In einer symbolhaft gezeigten
Schaltbox ist das Prinzip des Leitungsschutzschalters dargestellt,
welcher die Leitungsschutzschalter 4a, 4b und 4c zur
Abschaltung betätigt, wenn der Strom größer
ist als ein Sollwert. Dies ist angedeutet durch das > I (Überstrom)
für die jeweilige Phasenleitung L1, L2 und L3 innerhalb
des Leitungsnetzes. Durch eine gestrichelte Linie ist die Verbindung
zwischen der Stromüberwachung innerhalb der Phasenleitungen
L1, L2 und L3 mit den Leitungsschutzschaltern 4a, 4b und 4c gezeigt.
Eine weitere gestrichelte Linie ist zwischen der Leitungsschutzeinrichtung 1 und
zumindest den Leitungsschutzschaltern 4a, 4b und 4c gezeigt,
so dass diese die Leitungsschutzschalter zur Abschaltung betätigt,
sofern ein Fehler innerhalb des Nullleiters N durch die Leitungsschutzeinrichtung 1 detektiert
wird.
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Die
Leitungsschutzeinrichtung 1 umfasst dabei den Nullleitungsschalter 5,
welcher innerhalb des Nullleiters N in Gestalt eines Schaltersymbols
gezeigt ist. Wird nunmehr ein Fehler im Nullleiter N detektiert,
welcher beispielsweise auf einem Bruch des Nulllei ters beruhen kann,
so ist die erfindungsgemäße Leitungsschutzeinrichtung 1 geeignet,
die Leitungsschutzschalter 4a, 4b und 4c zur
Abschaltung zu betätigen.
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In 2 ist
eine schematische Ansicht sowohl der Leitungsschutzschalter 4a, 4b und 4c gezeigt,
wobei angrenzend an die Leitungsschutzschalter der erfindungsgemäße
Nullleitungsschalter 5 angeordnet ist. Die Leitungsschutzschalter 4a, 4b und 4c sind
mit den jeweiligen Phasenleitungen L1, L2 und L3 elektrisch verbunden,
wobei der Nullleitungsschalter 5 innerhalb der Nullleitung
N eingebracht ist. Eine nicht weitere gezeigte Verbindung erstreckt
sich zwischen den Leitungsschutzschaltern 4a, 4b und 4c sowie
dem Nullleitungsschalter 5, um eine Auslösung der
Leitungsschutzschalter zu ermöglichen. Gemäß der
Darstellung weist der Nullleitungsschalter 5 die gleichen
Gehäusegeometrien auf, wie die Leitungsschutzschalter 4a, 4b und 4c,
so dass dieser parallel zu diesen auf einem gemeinsamen Aufnahmemittel aufgenommen
werden kann.
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Beispielsweise
kann der Nullleitungsschalter 5 das Gehäuse eines
bekannten, seitlich an einen Leitungsschutzschalter anbaubaren Hilfsschalters haben.
Hilfsschalter sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise
als Signalkontakthilfsschalter oder als Arbeitsstromauslöser.
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Ein
Arbeitsstromauslöser arbeitet gewissermaßen als
Zwangsauslöser, indem er von einem entfernt liegenden Ort
ein Auslösesignal zugeführt bekommt, und dann über
eine mechanische Kopplung mit dem Auslösehebel des Leitungsschutzschalters, an
den er angebaut ist, die zwangsweise Auslösung des Leitungsschutzschalters
bewirkt, auch wenn weder ein Überstrom noch ein Kurzschlussstrom
in der von dem Leitungsschutzschalter überwachten Phase vorliegt.
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Wenn
nun in einen solchen Arbeitsstromauslöser die elektronische
Schaltung eines an sich bekannten Phasenausfallwächters
eingebaut wird, so kann damit eine sehr elegante und einfache Ausführung
der Erfindung realisiert werden. Die Elektronik des Phasenausfallwächters übernimmt
die Überwachung des Nulleiters. Im Fehlerfall löst
die Elektronik des Phasenausfallwächters aus, und über
die sowieso im Arbeitsstromauslöser vorhandene mechanische
Ankopplung mit dem Auslösehebel des seitlich angebauten
Leitungsschutzschalters wird dann die Auslösung des Leitungsschutzschal ters
und somit die Unterbrechung des Stromflusses in der oder den von
dem Leitungsschutzschalter überwachten Phasen bewirkt.
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Als
elektronische Schaltung kann beispielsweise die Schaltung des Phasenwächters
PVE mecotron economy der Firma ABB, gezeigt in dem Katalog „Elektronische
Relais und Automatisierungskomponenten" aus dem Jahr 2002 verwendet
werden.
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Die
vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten
Lösung auch bei grundsätzlich andersgearteten
Ausführungen Gebrauch macht.
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- 1
- Leitungsschutzeinrichtung
- L1
- Phasenleitung
- L2
- Phasenleitung
- L3
- Phasenleitung
- N
- Nullleiter
- 4a
- Leitungsschutzschalter
- 4b
- Leitungsschutzschalter
- 4c
- Leitungsschutzschalter
- 5
- Nullleitungsschalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Katalog „Elektronische
Relais und Automatisierungskomponenten" aus dem Jahr 2002 [0030]