DE1123752B - Nullungsschutzschalter mit Nulleiterspannungsausloeser - Google Patents

Nullungsschutzschalter mit Nulleiterspannungsausloeser

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DE1123752B
DE1123752B DEF32419A DEF0032419A DE1123752B DE 1123752 B DE1123752 B DE 1123752B DE F32419 A DEF32419 A DE F32419A DE F0032419 A DEF0032419 A DE F0032419A DE 1123752 B DE1123752 B DE 1123752B
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DE
Germany
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neutral
switch
zeroing
protection
conductor
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Application number
DEF32419A
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English (en)
Inventor
Dr Gottfried Biegelmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Original Assignee
Felten and Guilleaume Carlswerk AG
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Publication date
Application filed by Felten and Guilleaume Carlswerk AG filed Critical Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Publication of DE1123752B publication Critical patent/DE1123752B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • H02H3/167Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass combined with other earth-fault protective arrangements

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Nullungsschutzschalter mit Nulleiterspannungsauslöser Den Schutzmaßnahmen gegen zu hohe Berührungsspannungen und gegen Zündung durch Erdfehlerströme wird in den kommenden Jahren eine immer größere Bedeutung zukommen. Entwicklungsmäßig gesehen war die Schutzerdung der erste Versuch, das Auftreten von Berührungsspannungen zu verhindern. Man erkannte aber bald, daß die Verbindung mit Erde allein nicht genügt, um Gefahren zu beseitigen, sondem daß die Körperschlüsse durch die vorgeschalteten Leitungsschutzorgane weggeschaltet werden müssen. Die dafür notwendigen niederen Erdausbreitungswiderstände waren aber in vielen Fällen nicht zu erreichen, weil das Erdreich im allgemeinen ein sehr schlechter elektrischer Leiter ist. Es war daher naheliegend, sich nach einem besser leitenden Rückweg für den Fehlerstrom umzusehen, der sich dann bei den Drehstromnetzen im geerdeten Mittelleiter fand. Die Verbindung der zu schützenden Anlagenteile mit diesem Mittel- oder Nulleiter wurde als Nullung bezeichnet und stellt also die logische Weiterentwicklung der Schutzerdung dar. Es ist dabei ein großer Vorteil dieser Schutzmaßnahme, daß bei Körperschluß etwa die halbe Spannung gegen Erde im Außenleiter verbraucht wird, so daß, wegen der stets vorhandenen Erdungen des Nulleiters, als Fehlerspannungen nur Werte bis etwa 100 V auftreten. Dadurch wird aber die Unfallgefahr entscheidend verringert. Der Nachteil der Schutzerdung und der Nullung Regt lediglich in dem Umstand, daß eine Abschaltung der Fehlerstelle erst auftritt, wenn die Fehlerstromstärken Werte erreichen, die beträchtlich über den Nennstromstärken der Leitungsschutzorgane liegen. Es ist damit also weder eine Isolationsüberwachung noch ein Schutz gegen Zündung durch Erdfehlerströme möglich. Durch die hohen Ansprechwerte können unter Umständen sogar Gefahren durch die Anwendung dieser Schutzmaßnahmen verursacht werden. Der Wunsch nach höherer Empfindlichkeit führte dann zunächst zur Fehlerspannungsschutzschaltung, die im Prinzip sprungartig von einer normalen Weiterentwicklung der Schutzerdung und Nullung abweicht, weil dabei zwischen Erde und zu schützende Anlagenteile eine hochohmige Impedanz, nämlich die Auslösespule des Schutzschalters, gelegt wird.
  • Erst die Fehlerstromschutzschaltung stellt im Prinzip wieder nichts anderes dar als eine Verbesserung der Schutzerdung, wobei der Fehlerstromschutzschalter die Abschaltfunktion der Leitungsschutzorgane bei kleinen Fehlerstromstärken übemimmt. Es wäre nun naheliegend gewesen, diese Schutzschalter so zubauen, daß sie als Trenn- oder Lastschalter in voller Selektivität mit den in jedem Fall vorhandenen Leitungsschutzorganen arbeiten, d. h., daß bei geringen Fehlerstromstärken, beginnend bei etwa 100 mA und darunter bis zu seiner Schaltleistungsgrenze, der Fehlerstromschutzschalter schaltet, darüber hinaus aber das Leitungsschutzorgan die Schaltleistung übernimmt. Damit ergäbe sich nämlich ein lückenloses Schutzsystem, das bei Fehlerströmen zwischen etwa 100 mA und den Schaltleistungsgrenzen der Leitungsschutzorgane, also etwa 1500 oder 3000 A, einwandfrei arbeiten würde und nicht nur den herkömmlichen Berührungsspannungsschutz, sondem auch die Isolationsüberwachung und damit den Brandschutz sicherstellen könnte.
  • In Verkennung der wirklichen Notwendigkeit wurden aber zunächst auf den Fehlerstromschutzschalter Konstruktionsprinzipe übertragen, die vom Fehlerspannungsschutzschalter her geläufig waren und grundsätzlich die Erfüllung der Selektivitätsbedingungen unmöglich machen. Erst die Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung führten wieder zur ursprünglichen Aufgabe zurück, nämlich die Fehlerstromschutzschaltung vom Standpunkt der Schutzerdung aus zu betrachten.
  • Es liegt nun nahe, auch die Nullung, die ja nichts anderes ist als eine verbesserte Schutzerdung, in ähnlicher Weise zu ergänzen. Der Grundgedanke ist dabei, die Einfachheit und Zuverlässigkeit der Nullung mit der Empfindlichkeit von Schutzschaltem zu kombinieren, wobei als besonderer Vorteil dieses Systems die Begrenzung der möglichen Fehlerspannungen auf etwa 100 V und darunter augenfällig ist. Versagt wirklieh einmal der Schutzschalter, und dies ist bei einem mechanischen Schaltgerät immer möglich, dann setzt . mmer noch die Nullung das Gefahrenmoment stark herab. Andererseits wird irn Normalfall der Schutzschalter in seiner Eigenschaft als Isolationswächter schon bei kleinsten Fehlerströmen die Anlage abschalten und damit nicht nur den Brandschutz sicherstellen, sondem auch einen weitgehenden Schutz gegen Schutzleiterverwechslungen und Schutzleiterunterbrechungen bieten. Der normale Nullungssehutzschalter ist also im Prinzip ein Fehlerstromschutzschalter mit drei Hauptkontakten und einem vierpoligen Summenstromwandler. Der Nulleiter wird dabei direkt über den Summenstromwandler geführt. Der vom Nulleiter getrennt verlegte Schutzleiter (Nullungsleiter) wird ohne Unterbrecherkontakt vor dem Summenstromwandler an den Nulleiter angeschlossen. Da der Schalter für den Einbau in Netzen gedacht ist, in denen die Nullungsbedingungen eingehalten sind, muß hier die Selektivität hinsichtlich der Schaltleistung mit den maximal zulässigen, vorgeschalteten Leitungsschutzorganen unbedingt gefordert werden. Im Fehlerfall können ja bei kleinen Widerständen der Nulleiterschleife sehr hohe Kurzschlußstromstärken fließen, die bei Nichtbeachtung der Selektivität den Schutzschalter sofort zerstören würden.
  • Es kommt nun, insbesondere bei Freileitungsnetzen, vor, daß die Nullungsbedingungen nicht mehr eingehalten werden können. Außerdem treten hier die Gefahren der Null- und Außenleiterbrüche auf, die Ursache gefährlicher Fehlerspannungen werden können, die sich dann über den Nulleiter in alle genullten Anlagen verschleppen. Letzten Endes wird besonders in landwirtschaftlichen Anlagen mit Rücksicht auf den Tierschutz eine zuverlässige Begrenzung der Nullleiterspannung auf 42 V, oft sogar auf 24 V, verlangt. In allen diesen Fällen kann nur die überwachung der Nulleiterspannung durch einen Schutzschalter Abhilfe schaffen. Nach dem derzeitigen Stand der Technik wird dies meist durch einen Fehlerspannungsschutzschalter erreicht, dessen Auslösespule zwischen dem Nulleiter und einer lElfserde angeschlossen ist und der beim überschreiten der zulässigen Nulleiterspannung allpolig abschaltet. Der Nachteil dieser Lösung liegt im Fehlen der Isolationsüberwachung, d. h. daß Fehlerströme nach dem Schalten nicht direkt erfaßt werden. Die Schaltung ist daher nicht in der Lage, den gerade in der Landwirtschaft so wichtigen Schutz gegen durch Erdfehlerströme gezündete Brände sicherzustellen. Außerdem treten alle vom FU-Schutz hinlänglich bekannten Schwierigkeiten durch Geräte auf, die eine zwangläufige Erdung besitzen, und schon geringe Nulleiterspannungen führen zur Auslösung des Schalters, wenn nicht durch einen Widerstand in der Hilfserdleitung in Serie mit der Auslösespule die Auslösespannung des Schutzschalters entsprechend erhöht wird. Durch die fehlende Fehlerstromüberwachung können auch Schutzleiterunterbrechungen und Verwechslungen nicht erkannt werden.
  • Für den Unfall und Brandschutz ist also neben der Nulleiterspannungbegrenzung, besonders in landwirtschaftlichen. Anlagen, eine Fehlerstromüberwachung vorteilhaft.
  • Derartige kombinierte Schutzschalter sind als Stationsschutzschalter bekannt. Dabei ist es gleichgültig, ob die Erfassung des Differenzstromes der Außenleiter durch einen Summenstromwandler oder durch einen therinischen Auslöser erfolgt. Alle derzeit bekannten Schalter benutzen jedenfalls für die Nulleiterstromauslösung und die Nulleiterspannungsauslösung zwei voneinander unabhängig wirkende Auslöser. Dies ist für Stationsschutzschalter auch möglich, da die Priifung der Schalter durch geschultes Personal erfolgt. Für Schalter, die in Hausinstallationen eingesetzt werden, ist dies aber unmöglich. Bekanntlich wird bei Fehlerschutzschaltern in den einschlägigen Vorschriften eine Prüftaste verlangt, durch die der Laie jederzeit die ordnungsgemäße Funktion des Gerätes kontrollieren kann. Man müßte also, wenn die derzeit bekannten Lösungen als Hausanschlußschalter verwendet würden, zwei Prüftasten für die voneinander unabhängigen Nulleiterspannungs- und Fehlerstromauslöser vorschreiben, d. h., es müßte zweimal nacheinander geprüft werden. Dies ist aber von der Seite der Praxis her gesehen nicht zu verantworten. Andererseits kann das Risiko, nur einen der beiden Auslöser zu prüfen, wohl kaum vertreten werden.
  • Es ist weiterhin ein kombinierter Fehlerstrom-Fehlerspannungs-Schutzschalter bekannt, der nur eine Prüftaste besitzt.
  • Bei diesem Schalter wird der Fehlerstrom über eine Gleichlichterbrücke der Auslösespule zugeführt. Wenn bei diesem kombinierten Schalter der Gleichrichter durchschlägt und dadurch die Fehlerstromauslösung unwirksam wird, so kann dies beim Betätigen der Prüftaste nicht erkannt werden, da nur der Fehlerspannungsauslöser erfaßt wird. Darüber hinaus ist es nachteilig, daß bei Verwendung von zwei getrennten Auslösern ein relativ komplizierter Aufbau des Schutzschalters notwendig ist. Es ist bekannt, daß gerade bei Schutzschaltern, die oft jahrelang in der Einschaltstellung bleiben, Einfachheit und Zuverlässigkeit der Auslösung besonders wichtig sind. Die Fehlerspannungsauslöser sind noch dazu besonders gegen Überspannungen, z. B. durch atmosphärische Entladungen verursacht, empfindlich, weil die Auslösespulen, die mit vielen tausend Windungen dünnen Drahtes ausgeführt werden, dadurch leicht zerstört werden.
  • Der erfindungsgemäße Fortschritt wird nun dadurch erzielt, daß der kombinierte Schutz nur mit einem einzigen Auslöseelement erzielt wird. Das Grundelement bildet dabei der Fehlerstromauslöser mit Summenstromwandler. Dazu ist zunächst zu bedenken, daß beim Fehlerstromschutz der Mittelleiter, der ja immer eine gewisse, wenn auch geringe Spannung führt, hinter dem Summenstromwandler von Erde isoliert sein muß. Die Nullung darf daher in der zu schützenden Anlage nicht durch einzelne Verbindungen bei den Verbrauchern durchgeführt werden, aber auch eine Sarnmel chutzleitung darf nicht hinter dem Wandler an den Nulleiter angeschlossen werden. Würde man z. B. in Fig. 1 die Schutzleitung nach dem Wandler an den Nulleiter anschließen, dann würde infolge der Nulleiterspannung Über den Heißwasserspeicher ein Fehlerstrom fließen, und der Schalter würde fehlauslösen. Andererseits darf aber die Schutzleitung auch nicht vor dem Schalter mit dem Nullleiter verbunden werden, weil dadurch gefährliche Spannungen aus dem Netz über die Schutzleitung in die Anlage verschleppt werden können. Als einzige Möglichkeit bleibt daher der Anschluß der Schutzleitung nach dem Nulleiterunterbrechungskontakt und vor dem Summenstromwandler.
  • Diese Schaltung ist beim reinen Fehlerstromschutz an sich bekannt. Erfindungsgemäß wird aber nun der Summenstromwandler benutzt, um gleichzeitig mit der Fehlerstroraüberwachung auch die Nulleiterspannungsüberwachung durchzuführen. Diese überwachung besteht erfindungsgemäß darin, daß nach dem Summenstromwandler im Schalter eine Verbindung vom Nullleiter über einen Vorwiderstand zu einer Anschlußklemme vorgesehen ist, die zum Anschluß einer lElfserderleitung dient. Nimmt der Nulleiter unzulässige Spannungen gegen Erde an, dann fließt also ein Fehlerstrom über den Hilfserder zur Erde, und der Schalter löst aus. Damit wird die Anlage allpolig vom Netz getrennt, da auch die Schutzleitung durch den Unterbrecherkontakt im Nulleiter, der zweckmäßigerweise als ein gegenüber den Außenleitern nacheilender öffnungs- und voreilender Schließkontakt ausgeführt wird, vom Netznulleiter getrennt wird.
  • Damit bei kurzzeitigen Spannungsschwankungen des Nulleiters, etwa durch unsymmetrische Belastungen, Fehlauslösungen vermieden werden, muß die Nulleiterauslösung, besonders im Spannungsbereich von 24 bis 65 V, verzögert erfolgen.
  • Der technische Fortschritt, der durch die Erfindung ermöglicht wird, ist offenkundig. Der kombinierte Schalter besitzt nur einen Auslöser, und die erforderlichen mechanisch bewegten und störanfälligen Teile sind auf ein Minimum reduziert. Die, Bestandteile für die Nulleiterspannungsüberwachung sind ein Vorwiderstand und eine gut isolierte Verbindungsleitung, also praktisch störunempfindliche Elemente. Eine Beschädigung dieser Elemente durch atmosphärische überspannungen ist ausgeschlossen. Mit einer einzigen Prüftaste und damit mit einem Prüfgang kann daher die ordnungsgemäße Funktion des Schalters festgestellt werden. Durch ihn werden die Vorteile der Nullung mit den Vorteilen der Fehlerstromschutzschaltung miteinander verbunden.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Nullungsschutzschalter mit Nulleiterspannungsauslöser 1 besteht also aus dem üblichen Kontaktapparat mit Unterbrecherkontakten in allen Hauptstrombahnen (Außenleiter und Betriebsnulleiter) und einem geeigneten Schaltschloß, dessen Auslösespule eventuell unter Zwischenschaltung einer Auslösereinheit mit dem Summenstromwandler verbunden wird. Er wird im allgemeinen hinter dem Hausanschlußkasten 11 eingebaut. Ferner besitzt er eine Anschlußklemme 2, die im Innern des Schalters mit dem Betriebsnulleiter zwischen Unterbrecherkontakt und Summenstromwandler verbunden ist und zum Anschluß der Schutzleitung 3, die zu den zu schützenden Verbrauchern 4 führt, dient. Diese Verbraucher können von Erde isoliert sein oder eine zwangläufige Erdung 5 besitzen. Eine Anschlußklemme 6 dient zum Anschließen der I-Elfserdleitung. Der Hilfserder 7 muß außerhalb der Spannungstrichter der Verbrauchererdungen 5 und der Betriebserdungen des Nulleiters 8 verlegt sein. Die Klemme 6 ist erfindungsgemäß im Inneren des Schalters über einen Vorwiderstand 9 mit dem Betriebsnulleiter nach dem Summenstromwandler verbunden. Mit der Prüftaste 10 kann die ordnungsgemäße Funktion des Schalters kontrolliert werden.
  • Gleichzeitig wird durch diese Schalter auch jede Gefahr eines Einschleppens von Fehlerspannungen über den Nulleiter verhindert und eine echte Isolationsprüfung erreicht, so daß man also erwarten kann, daß der Nullung neue Anwendungsgebiete erschlossen werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Nullungsschutzschalter mit Nulleiterspannungsauslöser, bestehend aus Kontaktapparat, Schaltschloß, Summenstromwandler und einer Auslösereinheit, die schaltleistungsmäßig selektiv mit vorgeschalteten Leitungsschutzorganen arbeitet mit einer Anschlußklemme für den Anschluß der Schutzleitung, die mit dem Betriebsnulleiter zwischen einem gegenüber den Außenleiterkontakten nacheflenden öffnungs- und voreilenden Schließkontakt und dem Summenstromwandler leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Summenstromwandler im Schalter eine Verbindung vom Nulleiter (M) über einen Vorwiderstand (9) zu einer Anschlußklemme (6) vorgesehen ist, die zum Anschluß einer Hilfserderleitung dient. In Betracht gezogene Druckschriften: Schrank, »Schutz gegen Berührungsspannungen«, Berlin, 1958, S. 142 bis 146.
DEF32419A 1959-11-23 1960-10-27 Nullungsschutzschalter mit Nulleiterspannungsausloeser Pending DE1123752B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2700145A1 (de) * 1977-01-04 1978-07-13 Lauerer Friedrich Fehlerstromschutzschaltung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2700145A1 (de) * 1977-01-04 1978-07-13 Lauerer Friedrich Fehlerstromschutzschaltung

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