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Die Erfindung betrifft ein elektrisches System, welches einen Fehlerstromschutzschalter, ein elektrisches Gerät und eine das elektrische Gerät mit Netzspannung versorgende Anschlussleitung aufweist.
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Den Schutz gegen elektrischen Stromschlag bildet bis heute der Fehlerstromschutzschalter mit 0,03 A Auslösestrom.
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Ummantelungsleitungen, die Kabeladern nach außen ummanteln, sind vor allem, wie beispielsweise in
EP 3 667 683 A1 und US 2006 / 0 021 787 A1 offenbart, als Abschirmung der Kabeladern,
insbesondere Datenleitungen, gegen Hochfrequenzeinflüsse von außen, bekannt.
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AT 310 478 B und
EP 0 029 406 A1 offenbaren Abschirmungen, bei denen eine um die Kabeladern geführte Leitung Leckstrom aufnehmen und über ein Relais die Hauptstromzuführung unterbrechen soll.
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EP 0 617 498 A1 offenbart eine solche die Kabeladern umhüllende Schutzleitung, bei der ein vom Überwachungsleiter aufgenommener Leckstrom über einen Widerstand derart abgeleitet wird, dass dadurch bei einem eingebauten Sicherheitsschalter der Hauptstromfluss unterbrochen werden soll.
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EP 3 098 819 A1 offenbart eine Leitungsoptimierung mit Abschirmung, die auch gegen mechanische Einwirkungen von außen schützen soll.
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Bewegliche Geräte oder auch Unterwasserpumpen werden mit flexiblen Gummischlauch- oder Kunststoffleitungen ans Stromnetz angeschlossen. Hierzu zählen auch Verlängerungsleitungen mit Stecker und Kupplung.
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Werden diese Leitungen in der Außenummantelung beschädigt oder versehentlich durch Werkzeuge eingeschnitten, besteht kein Berührungsschutz gegen stromführende Leitungsinnenadern.
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Lebensgefährliche Stromunfälle können trotz Fehlerstromschutzschalter nicht ausgeschlossen werden, besonders in sensiblen Bereichen, wo der elektrische Widerstand des menschlichen Körpers verringert ist, z. B. im Wasser, im Freien oder auf Baustellen.
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Ein Fehlerstromschutzschalter kann erst auslösen, wenn genügend Fehlerstrom über den Schutzleiter gegen Erdpotential abfließt. Ausgelöst wird ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Auslösestrom von 0,03 A, was ungefähr der Leistung einer 7W Glühlampe entspricht. Bei einer blankliegenden stromführenden Leitungsinnenader einer Geräteanschlussleitung besteht bei menschlicher Berührung Lebensgefahr, weil der Fehlerstrom über den menschlichen Körper gegen Erdpotential abfließt und nicht über den Schutzleiter (PE).
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Hierbei muss weiterhin beachtet werden, dass der Anfangsfehlerstrom entsprechend höher sein kann, zumindest im Peak, bevor der Fehlerstromschutzschalter abschaltet. Zusätzlich ist die Mechanik des Fehlerstromschutzschalters langsamer als der elektrische Stromfluss.
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Hinzu kommt das geänderte menschliche Verhalten im Umgang mit Strom, indem z. B. Anschlussleitungsbeschädigungen vor erneuter Inbetriebnahme nicht beachtet oder fachgerecht repariert werden.
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Als Anwendungsbeispiel für eine gefährliche Situation sei ein vollisoliert aufgebauter Gartenteich aus Folie oder Kunststoff-Teichschalen genannt. Dieser hat kein Erdpotential zum Medium Wasser.
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Bei Betrieb einer netzbetriebenen Unterwasserpumpe mit einem Leitungsanschlussschaden, bei welchem eine stromführende Leitungsinnenader in ca. 5 m Entfernung von der Pumpe blank liegt, besteht Lebensgefahr durch Stromschlag, wenn eine Person in der Nähe des Leitungsschadens ins Wasser greift, weil der Fehlerstrom bis zur Auslösung des Fehlerstromschutzschalters über den menschlichen Körper gegen Erde abfließt. Dies liegt daran, dass insbesondere keine Fehlerströme über das Medium Wasser gegen Erde abgeführt werden und die Entfernung zwischen Leitungsschaden und eventuellem Erdpotential der Unterwasserpumpe über den Schutzleiter aufgrund der Hochohmigkeit des Wassers zu groß ist.
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Deshalb wurden auch die VDE-Vorschriften 0100 für begehbare Springbrunnen drastisch verschärft, sodass hierfür nur noch 12V-Schutzkleinspannung erlaubt ist.
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Ähnliche Bedingungen können ebenfalls bei Kabeleinschnitten durch Handelektrogeräte wie Kettensägen, Heckenscheren oder dergleichen gegeben sein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches System zur Verfügung zu stellen, welches die oben beschriebenen Nachteile, insbesondere die oben aufgezeigten Unfallgefahren beseitigt.
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Gleichzeitig sollen die bisherigen vorgegebenen Eigenschaften der in dem elektrischen System verwendeten Kabel, wie z. B. Flexibilität oder generelles Handling, beibehalten werden.
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Außerdem soll dabei eine Leitung geschaffen werden, die sowohl für Unterwasserpumpen, Gartengeräte oder auch für Werkzeuge auf Baustellen, auch Ladestationen für Fahrzeuge einsetzbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein elektrisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
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Das elektrische System weist einen Fehlerstromschutzschalter und ein netzbetriebenes Gerät auf, welches über eine Leitung mit dem Netz verbunden ist, wobei die Leitung als Sicherheitsanschlussleitung mit erhöhtem Schutz gegen elektrischen Stromschlag ausgebildet ist. Bevorzugt ist eine Sicherheitsanschlussleitung flexibel ausgelegt, um sich gut an die Umgebung anzupassen. Dabei weist bei dem erfindungsgemäßen System die Sicherheitsanschlussleitung eine Ummantelung und innerhalb der Ummantelung angeordnete jeweils mit einer Isolierung umgebene Kabeladern auf, wobei die Kabeladern von der Ummantelung und einem Schutzmantel aus leitfähigem Material umgeben sind, der die innenliegenden Kabeladern umgibt und auf Erdpotential geschaltet ist. Der Schutzmantel hat die Aufgabe, dass kein elektrischer Strom von blankliegenden Innenadern nach außen abfließt, wenn es zu Einschnitten oder anderen Leitungsbeschädigungen kommt, die von außen auf die Leitung einwirken. Der Schutz wird dadurch erreicht, dass Fehlerströme zuvor über den Schutzmantel gegen Erdpotential sicher abgeleitet werden. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Fehlerströme über den Schutzmantel auf den Fehlerstromschutzleiter zu schalten, wodurch der Fehlerstromschutzschalter die Leitung netzfrei schaltet.
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Dabei besteht der Schutzmantel aus einem Geflecht. Dieses Geflecht enthält Edelstahl oder verzinntes Kupfer. Nicht erfindungsgemäß kann das Geflecht Kupfer enthalten. Diese Materialien zeichnen sich durch eine gute Biegeelastizität aus, wobei sie noch ausreichend gute elektrische Leitfähigkeit besitzen.
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In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Systems ist der Schutzmantel blickdicht, so dass die Abschirmwirkung auch bei kleinsten Verletzungen der Sicherheitsanschlussleitung als Schutzfunktion zum Tragen kommt. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Schutzmantel ohne Zwischenräume kreuzdiagonal gewebt ist.
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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Fehlerströme über den Schutzmantel auf den Fehlerstromschutzleiter zu schalten, wodurch der Fehlerstromschutzschalter die Leitung netzfrei schaltet und so die Sicherheit weiter erhöht.
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Bei Kabeleinschnitten, Kabelbruchstellen wird, auch wenn der Schutzmantel durchaus verletzt ist, zuerst der Kontakt mit dem auf den Fehlerstromschutzleiter geschalteten Schutzmantel hergestellt und so der Fehlerstrom, der vom Schutzmantel abgeleitet wird, für die Umgebung keine Gefahr darstellt.
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Bei tieferen Einschnitten in die Leitung bis auf die Innenadern der Leitung, erfolgt Kontakt zwischen dem Schutzmantel und einer stromführenden Kabelader, sodass durch die Niederohmigkeit des Schutzmantels der Auslösestrom des Fehlerstromschutzschalters sofort erreicht ist und dieser sicher auslösen kann, wodurch die Leitung netzfrei geschaltet wird.
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Diese Schutzfunktion bleibt in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des elektrischen Systems erhalten, wenn bei Leitungseinschnitten bis zu 2/3 des Durchmessers der Sicherheitsanschlussleitung der Schutzmantel mindestens die Querschnittsfläche einer Kabelader aufweist. Damit bleibt eine genügende Querschnittsfläche des verbleibenden, eingeschnittenen Schutzmantels zur sicheren Ableitung des Fehlerstroms, vornehmlich im Peak-Anfangsfehlerstrom, erhalten, wodurch der Fehlerstromschutzschalter sicher ausgelöst werden kann.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn innerhalb des Schutzmantels eine Beilauflitze vorhanden ist. Werden beispielsweise Anschlussstecker und Anschlusskupplungen verwendet, die in der Zugentlastung keine elektrische, metallische Verbindung zum Schutzleiter aufweisen, weil sie in Kunststoffmaterial ausgeführt sind, ist es von Vorteil, wenn in dem Schirmgeflecht des Schutzmantels eine Beilauflitze mit eingearbeitet wird, um eine einfache und sichere Anschlussmöglichkeit auf den Fehlerstromschutzleiter zu schaffen.
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Ebenfalls hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Schutzmantel koaxial mit der Außenseite an der Ummantelung angeordnet und in diese eingebettet oder von dieser umschlossen ist. Gerade wenn der Schutzmantel als Geflecht ausgeführt ist, stabilisiert eine solche Anordnung den Schutzmantel, so dass er nicht durch häufiges Bewegen der Sicherheitsanschlussleitung innerhalb des Geflechts verschoben wird und so ungewollt Lücken in der Blickdichtheit entstehen, die an diesen Stellen die Sicherheit herabsetzen.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Ummantelung in potential- und erdschlussfreier Vollisolation auszuführen. Die Ummantelung erhöht dadurch die Isolationswirkung der Sicherheitsanschlussleitung.
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Die Sicherheitsfunktion ist auch bei einer im Wasser untergetauchten Leitung gegeben. Bei Eindringen des Mediums Wasser in eine Leitungsschadstelle kommt es zur Auslösung des Fehlerstromschutzschalters mit 0,03A Auslösestrom, da auf der kurzen Entfernung von wenigen Millimetern zwischen einer stromführenden Kabelader und dem Schutzmantel als blickdichtes Leiterschirmgeflecht, die Leitfähigkeit des Wassers noch hoch genug ist.
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Das elektrische System mit der neuen Sicherheitsanschlussleitung in flexibler Form stellt sicher, dass Fehlerströme nicht über den menschlichen Körper gegen Erde abfließen, sondern über den Schutzmantel, welcher im Falle, dass er auf den Schutzleiter geschaltet ist, sicher zur Auslösung des Fehlerstromschutzschalters abgeleitet werden, was zur Netzfreischaltung der Anschlussleitung führt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 näher erläutert.
- 1 zeigt ein Beispiel für eine im erfindungsgemäßen elektrischen System einsetzbare Sicherheitsanschlussleitung.
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Der Kern der in 1 dargestellten Sicherheitsanschlussleitung wird von vier Kabeladern 4 gebildet. Jede der Kabeladern 4 ist für sich isoliert (nicht dargestellt), damit die Kabeladern 4 auf unterschiedliche Potentiale gesetzt werden können. Die Kabeladern 4 werden von einem Kabelinnenmantel 3 umgeben, der die Kabeladern 4 nach außen abschirmt, sowohl elektrisch wie auch mechanisch.
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Dieses entspricht beispielsweise einem normalen Gummikabel (H05), bei dem die Kabeladern 4 aus verzinnter Kupferlitzenleitung bestehen, die eine Aderisolierung aus Gummi aufweisen. Diese Kabeladern 4 sind dann beispielsweise in einem PUR-Mantel eingebettet. Die einzelnen Komponenten können allerdings auch aus anderen geeigneten Materialien bestehen, die im täglichen Leben eingesetzt und einem Fachmann bekannt sind.
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Um dieses Grundkabel, das aus den Kabeladern 4 und dem Kabelinnenmantel 3 besteht, ist ein Schutzmantel 2 angeordnet. Der hier gezeigte Schutzmantel 2 besteht aus einem blickdichten Kreuzgeflecht, das bevorzugt aus Edelstahl oder verzinntem Kupfer geflochten worden ist. Der Schutzmantel 2 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel weiterhin eine Beilauflitze 5 auf, mit der der Anschluss des Schutzmantels 2 an Steckverbindern und/oder anderen Verbindungen mit dem Erdpotential, bevorzugt noch über einen Fehlstromschutzschalter, verbunden werden kann. Um den Schutzmantel 2 ist eine Ummantelung 1 angeordnet, die das Grundkabel und den dieses umgebenden Schutzmantel 2 gegen die Umwelt abschirmt. Die Ummantelung 1 kann beispielsweise aufgeschoben werden oder das Grundkabel mit dem Schutzmantel 2 wird umspritzt. Dabei schützt die Ummantelung 1 den Schutzmantel 2 vor mechanischen Berührungen und mechanischen Verletzungen; er schützt ihn, je nach Ausführung, vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Wasser. Die Ummantelung 1 kann einen Gummigewebeschlauch umfassen, es kann allerdings auch jedes schlagzähe Kunststoffmaterial verwendet werden.
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Die Sicherheitsanschlussleitung des erfindungsgemäßen elektrischen Systems schützt vor Berührung einer stromführenden innenliegenden Kabelader 4, bei Leitungseinschnitten oder Leitungsbeschädigungen durch den zusätzlich als Schutzleiter (PE) beschalteten Schutzmantel 2. Bei kleinen Kabelbeschädigungen erfolgt ein Berührungskontakt mit dem Schutzmantel 2, wodurch noch keine Gefahrensituation entsteht, weil dieser auf den Fehlerstromschutzleiter (PE) geschaltet ist.
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Bei tieferen Einschnitten oder Beschädigungen erfolgt eine elektrische Verbindung zwischen dem auf den Schutzleiter (PE) geschalteten Schutzmantel 2 und einer spannungsführenden Kabelader 4, wodurch der vorgeschaltete Fehlerstromschutzschalter sicher auslöst und die Leitung netzfrei geschaltet wird. Wird die Sicherheitsanschlussleitung unter Wasser angewendet, so erfolgt bei einem Kabelmantelschaden die Auslösung des vorgeschalteten 30 mA Fehlerstromschutzschalters, weil das in die Schadstelle der Leitung eindringende Wasser auf den wenigen Millimetern zwischen dem Schutzmantel 2 und einer stromführenden innenliegenden Kabelader 4 relativ niederohmig ist, um die Schwelle für die Auslösung des Fehlerstromschutzschalters zu erreichen.
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Durch die Beschaltung des Schutzmantels 2 als zusätzlichen Schutzleiter (PE), wird ein neuer Sicherheitseffekt erzielt, dass gefährliche Fehlerströme bei Leitungsbeschädigungen bei Berührung nicht über den menschlichen Körper abgeführt werden, sondern über den Schutzmantel 2 sicher gegen Erdpotential abgeleitet werden, wodurch der vorgeschaltete Fehlerstromschutzschalter, mit 0,03A Auslösestrom, die Sicherheitsanschlussleitung netzfrei schaltet. Dieser Schutzeffekt bleibt auch bei Einschnitten von 2/3 des Leitungsdurchmessers erhalten.
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Durch den hochflexiblen Leitungsaufbau eignet sich die Sicherheitsanschlussleitung als Anschlussleitung für Unterwasserpumpen, bewegliche elektrische Handwerkzeuge wie Handkreissägen, Kettensägen, Gartengeräte, Verlängerungsleitungen oder auch Ladeleitungen für Fahrzeuge und vieles mehr.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ummantelung
- 2
- Schutzmantel
- 3
- Kabelinnenmantel
- 4
- Kabelandern
- 5
- Beilauflitze
