DE1093466B - Elektrische Sicherheitsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die bekannten und in der Praxis am häufigsten angewandten Berührungsschutzmaßnahmen »Nullung« und »Schutzerdung« sowie auf die ebenfalls bekannte und in jüngster Zeit im zunehmenden Maße angewandte »Fehlerstromschutzschaltung«.

Alle diese Berührungsschutzmaßnahmen bieten ihrem Funktionsprinzip nach einen vollkommenen Schutz ■ beim Berühren der Gehäuse von Stromverbrauchsgeräten. Trotzdem haben sie sich in der Praxis nicht im wünschenswerten Maße bewährt. Der Grund liegt insbesondere im Versagen des Menschen. Entweder werden bei der Anwendung einer Berührungsschutzmaßnahme bestimmte Maßnahmen vergessen, oder sie werden unfachgemäß ausgeführt, so daß sie unwirksam sind bzw. später werden, oder es wird durch Anschlußverwechslung bzw. durch das gedankenlose Übersehen von vorhandenen Unterbrechungsgeräten (z. B. Sicherungen) die Möglichkeit geschaffen, daß die ,zu schützenden Anlagenteile direkt unter Spannung kommen können. Alle derartigen Fehler machen die Berührungsschutzmaßnahme unwirksam bzw. schaffen sogar erst eine Gefahr und setzen damit den Menschen einer Unfall- bzw. Todesgefahr aus. Diese Nachteile treffen, teils in abgewandelter Form, auch für die übrigen Berührungsschutzmaßnahmen (Fehlerspannungsschutzschaltung, Schutzleitungssystem, Schutztrennung, Kleinspännung, Schutzisolierung) zu.

Zwei weitere schwere Nachteile all dieser bekannten Berührungsschutzmaßnahmen sind ferner, daß die in Folge eines Fehlers geschaffene Unwirksamkeit der Berührungsschutzmaßnahme in der Masse der Fälle unerkannt bleibt (die elektrische Anlage bleibt weiterhin funktionsfähig!), und zwar oft so lange, bis etwas passiert ist, und daß grundsätzlich ein Schutz nicht gewährleistet ist, wenn ein Mensch mit dem spannungsführenden Leiter (z. B. defekte Geräteleitung, Lampenfassungen,' offene Geräteanschlüsse- und Dosen, Freileitungen usw.) direkt in Berührung kommt.

Der Erfindung der Fehlerströmschutzschaltung lag vom Anfang an der Gedanke zugrunde, dieselbe so auszulegen, daß bei einer relativ niedrigen und nicht tödlich wirkenden Fehlerstromstärke eine Abschaltung erfolgt. Damit würden praktisch alle obenerwähnten Fehler der zur Zeit angewandten Berührungsschutzmaßnahmen nur mehr zu leichten Unfällen führen können und tödliche Unfälle praktisch ausgeschlossen sein.

Die wirtschaftlich tragbare Herstellung eines Fehlerstromschutzschalters mit einer solch geringen Auslöse-Fehlerstromstärke bereitet heute keinerlei Schwierigkeiten mehr. Trotzdem war es bis heute

Elektrische Sicherheitsschaltung

Anmelder:

Dipl.-Ing. Friedrich Lauerer,
Elektrotechnische Revisionsstelle

München-Passau,
München 23, Ohmstr. 11

Dipl.-Ing. Friedrich Lauerer, München,
ist als Erfinder genannt worden

nicht möglich, diesen Anwendungsfall in der Praxis zu realisieren. Der Grund liegt darin, daß verschiedene Stromverbrauchsgeräte (insbesondere Heiz- und Kochgeräte) Ableitströme haben, die oft größer sind

^a5 als die hier in Betracht gezogene Auslöse-Fehlerstromstärke. Diese natürlichen und im Rahmen der diesbezüglichen VDE-Vorschriften durchaus zulässigen Ableitströme verursachen dann die Abschaltung des Fehlerstromschutzschalters und machen damit einen Betrieb unmöglich. Die Praxis zeigte z. B., daß eine Auslöse-Fehlerstromstärke von 50 mA, die also schon eine tödliche Wirkung haben kann, viel zu niedrig ist; deshalb wurde die Serienfabrikation eines solchen Fehlerstromschutzschalters auch nicht aufgenommen. Mit Rücksicht auf diese natürlichen Ableitströme wird von der Industrie in Übereinstimmung mit den anderen maßgebenden Stellen ein Fehlerstromschutzschalter mit einer Nenn-Auslöse-Fehterstromstärke unter 30OmA nicht hergestellt bzw. in den Handel gebracht.

Die Erfindung gestattet trotz des Vorhandenseins von Ableitströmen die Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters mit einer niedrigen und nicht tödlich wirkenden Auslöse-Fehlerstromstärke durch eine besondere Schaltungsanordnung. Diese Schaltung ist dadurch gekennzeichnet/ daß ein Fehlerstromschutzschalter mit einer relativ niedrigen und nicht tödlich wirkenden Auslöse-Fehlerstromstärke verwendet und der Schutzleiter (Nulleiter, Erdungsleiter od. dgl.) mit durch den Summenstromwandler des Fehlerstromschutzschalters geführt wird. Durch diese Schaltungsanordnung, die praktisch einer Kombination von Fehlerstromschutzschaltung und Nullung bzw. abgewandelter Schutzerdung gleichkommt, sind

OM 508/328

1. die Vorteile der Nullung bzw. der Schutzerdung gegeben, insbesondere steht das Gerätegehäuse , Runter £r<ipcitisn|ial,

_:2* !sann ^teum ,Versagen der Nullung bzw. Schutzerdung oder bei der direkten Berührung eines spannungsführenden Leiters der über den Menschen zur Erde abfließende Strom keine tödliche Wirkung erzielen und

3. der Geräteableitstrom jede beliebige Höhe annehmen, ohne dadurch den Fehlerstromschutzschalter ίο zur Abschaltung zu bringen.

Um in jedem einzelnen Anwendungsfalle zur Erzielung der optimalen Sicherheit (auch gegen elektrische Verletzungen oder zur ständigen Isolationskontrolle) eine Anpassung an die gegebenen Verhältnisse (insbesondere Isolationswiderstände) zu ermöglichen, wird die Höhe der Auslöse-Fehlerstromstärke nach unten regelbar gemacht.

Damit nicht ein allzu hoher, durch einen Geräteisolationsfehler entstandener Ableitstrom zu einer Brandursache werden kann, wird außerdem das durch diesen Ableitstrom um den Schutzleiter erzeugte magnetische Feld zur Signalauslösung oder zur Abschaltung verwendet.

Um in jedem einzelnen Anwendungsfalle eine Anpassung an die gegebenen Verhältnisse zu ermöglichen, wird auch die Höhe der Auslöse-Ableitstromstärke regelbar gemacht.

Die durch einen Fehlerstrom oder durch einen zu hohen Ableitstrom erfolgte Unterbrechung der Stromzufuhr ist praktisch in allen Fällen mit unerwünschten Begleiterscheinungen verbunden:

1. Die Störung muß beseitigt werden,

2. der Fehlerstromschutzschalter muß wieder eingeschaltet werden, und

3. es tritt ein Zeitverlust auf, der sich insbesondere bei Betrieben empfindlich auswirken kann.

Die Beseitigung der Störung ist eine unvermeidbare Notwendigkeit. Da aber viele Störungen nur kurzzeitig sind (z.B. der vom Strom durchflossene Mensch befreit sich selbst sofort; das schadhafte Geräte wird vom Netz sofort getrennt, wenn dies erkannt wird), kann man die beiden anderen Nachteile dadurch ausschalten bzw. weitgehend reduzieren, daß nach Aufhören des Fehlerstromes bzw. des zu hohen Ableitstromes eine selbsttätige Wiedereinschaltung des Fehlerstromschutzschalters erfolgt, ähnlich wie es bei der »Kurzunterbrechung« in Mittelspannungs-Freileitungsnetzen bekannt ist und angewendet wird.

In der Zeichnung ist ein Anwendungsbeispiel dieser Sicherheitsschaltung wiedergegeben, bei der der Nullleiter als Schutzleiter verwendet wird. Die Wirkungsweise dieser Schaltung sei durch folgende Zustandsmöglichkeiten erläutert:

1. Die Nullung ist vorschriftsmäßig durchgeführt. Damit besitzt das Gerätegehäuse des Stromverbrauchers Erdpotential, und eine nennenswerte Berührungsspannung kann nicht auftreten. Tritt ein Körperschluß auf, dann schaltet die vorgeschaltete Sicherung rechtzeitig ab.

2. Der Nulleiter ist zwar mit dem Gerätegehäuse verbunden, aber die 1. Nullungsbedingung ist nicht erfüllt (d. h. der Netzinnenwiderstand ist zu groß). Im Falle eines Körperschlusses kann dann die vorgeschaltete Sicherung S nicht bzw. nicht rechtzeitig abschalten. Kommt ein Mensch mit dem Gerätegehäuse G in Verbindung, dann tritt wohl eine Berührungsspannung gegen Erde auf, der durch den Menschen zur Erde fließende Strom kann aber keine tödlich wirkende Größe annehmen, da vorher die Fehlerstromspule F (= Summenstromwandler) des Fehlerstromschutzschalters die Stromunterbrechung durch den Schalter C veranlaßt.

3. Der Nulleiter ist nicht angeschlossen bzw. ist derselbe in der Zuleitung unterbrochen. Führt nun der Nulleiter (ζ. Β. durch einen Körperschluß oder durch eine eingeschaltete Lichtleitung) Spannung gegen Erde, dann kann auch hier aus den unter 2 angeführten Gründen ein tödlich wirkender Fehlerstrom gegen Erde nicht zustande kommen.

4. Dasselbe gilt natürlich auch, wenn das Gerätegehäuse direkt am spannungsführenden Leiter angeschlossen ist oder wenn der Mensch direkt mit dem spannungsführenden Leiter in Berührung kommt.

5. Die Nullung ist in Ordnung, und es tritt ein zu hoher Ableitstrom auf. Dann wird durch die Ableitstromspule^i die Stromzufuhr unterbrochen.

6. Ist die Nullung nicht in Ordnung, dann wird auch schon bei normaler Ableitstromstärke eine Abschaltung ausgelöst, wodurch man gezwungen wird, die Nullung in Ordnung zu bringen.

Ergebnis: Ohne Rücksicht darauf, ob die Anlage nach dem Schutzschalter vorschriftsmäßig installiert ist oder nicht, kann (bei allen in der Zeichnung stark ausgezogenen Leiter- und Anlageteilen) ein tödlich wirkender Fehlerstrom gegen Erde und ein zu hoher Ableitstrom nicht zustande kommen. Damit wird ein hohes Maß an Unfall- und Brandsicherheit erzielt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrische Sicherheitsschaltung unter Anwendung· der Fehlerstromschutzschaltung und Nullung bzw. Schutzerdung, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerstromschutzschalter eine geringe, nicht tödlich wirkende Auslöse-Fehlerstromstärke besitzt und daß der Schutzleiter (Nulleiter, Erdungsleiter u. dgl.) mit durch den Summenwandler des Fehlerstromschutzschalters geführt wird.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöse-Fehlerstromstärke bis zu vollkommen ungefährlichen Werten herab geregelt werden kann.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das um den Schutzleiter infolge etwaiger Ableitströme verursachte magnetische Feld ein Signal oder die Stromabschaltung ausgelöst wird.

4. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Auslöse-Ableitstromstärke regelbar ist.

5. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Aufhören des Fehlerstromes bzw. des zu hohen Ableitstromes eine selbsttätige Wiedereinschaltung erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 057 683;
deutsche Patentschrift Nr. 971 476.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 0O9 508/328 4.60