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Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom-und Fehlerspannungsschutzschaltern
In nicht genullten Netzen sowie bei Anlagen, in denen dieNullungsbedingungen nicht
eingehaltenwer den, verwendet man bei Spannungen unter 1000 Volt immer mehr Fehlerspannungs-
und vor allem Fehlerstromschutzschalter (FU- und FI-Schalter) gemäß VDE 0100 § 12N
und § 13N. Beide Schalterarten haben die Aufgabe, in Fehlerfällen die geschützte
Anlage abzuschalten, bevor normalerweise spannungsfreie, berührbare Metallteile,
z. B. Gehäuse von Motoren, eine Spannung von mehr als 65 bzw. 24 Volt gegen Erde
annehmen. Ferner sollen FI-Schalter Fehlerströme, die zu Bränden führen könnten,
rechtzeitig abschalten.
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In VDE 0100 § 22N wird verlangt, daß vor Inbetriebnahme die Wirksamkeit
der Schutzmaßnahmen durch Besichtigung und durch Messung zu prüfen sind. Die grundsätzlichen
Meßanordnungen sind im gleichen Paragraphen als Beispiele angegeben.
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Bei der FU-Schaltung muß die maximal mögliche Spannung des Gerätes
gegen Erde gemessen werden (Fehlerspannung U,,).
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Bei der FI-Schaltung sind entweder die maximal mögliche Spannung
des Gerätes gegen Erde (Fehlerspannung) und der Abschaltstrom des FI-Schalters oder
der Abschaltstrom und der Erdungswiderstand des Gerätes zu messen.
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Die Grundschaltungen für diese Messungen sind in Fig. 1 und 2 der
Zeichnung dargestellt.
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In Fig. 1 sind mit R, S, T, 0 die Leiter eines Drehstromnetzes bezeichnet,
das über einen Fehlerspannungsschalter FU-Sch einen Motor M speist, der das zu schützende
Gerät darstellt. Das Motorgehäuse ist über einen einstellbaren Prüfwiderstand Rp
und ein Amperemeter A1 mit dem Phasenleiter T verbunden. Der Hilfserder des Fu-Schalters
ist mit RH bezeichnet. Der Spannungsabfall Ua am Widerstand Rp wird mit dem Voltmeter
Vi gemessen. Das hochohmige Voltmeter V2, dessen einer Pol mit einer Sonde S verbunden
ist, zeigt die Fehlerspannung UF an. Die Sonde S muß von der Hilfserde RH genügend
weit entfernt sein. Der Widerstand Rp hat beim Einschalten so groß zu sein, daß
die Fehlerspannung auf jeden Fall kleiner als 65 bzw. 24 Volt ist, damit Menschen
bzw. Tiere nicht gefährdet werden können.
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Ist die Spannung des Phasenleiters gegen Erde ULo bekannt, so genügt
eine Messung der Spannung Ua mit dem Voltmeter V1, denn es gilt: UF=ULO- Ua.
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Beim Verstellen des Prüfwiderstandes Rp zeigt das Amperemeter A1
mit seinem maximalen Ausschlag den Auslösestrom des Schalters an. Der Widerstand
des
Hilfserders Rn ergibt sich aus der Fehlerspannung und dem Fehlerstrom nach der Gleichung
UF RH = .
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IF Die Fig. 2 zeigt die Schaltung zur Prüfung eines Fehlerstromschalters
FI-Sch. Beide Figuren unterscheiden sich nur durch die Art des Schalters und dessen
Anschluß.
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Die beschriebenen prinzipiellen Prüfschaltungen sind zwar sehr einfach,
jedoch haben sie folgende Nachteile: 1. Entsprechend den verschiedenen FI-Schaltertypen
für 0,3, 0,5, 1 und 3 A sind jeweils andere Prüfwiderstände Rp zu verwenden.
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2. Es sind zumindest zwei Meßgeräte für Strom und Spannung erforderlich,
von denen das eine, das Amperemeter, mehrere Meßbereiche haben muß.
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3. Es besteht keine Sicherheit gegen Spannungsverschleppungen, die
dadurch entstehen können, daß die Prüfung ohne den voll eingeschalteten 'Prüfwiderstand
begonnen wird.
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Eine weitere Gefahr besteht darin, daß ein falscher Prüfwiderstand
mit zu niedrigem Ohmwert benutzt werden kann. Die Möglichkeit einer Spannungsverschleppung
ist auch dann gegeben, wenn die Prüfung beim Erreichen der maximal zulässigen Fehlerspannung
nicht abgebrochen wird, um beispielsweise festzustellen, bei welchem Wert ein schadhafter
Schutzschalter auslöst.
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Im Interesse der Sicherheit sind an Prüfanordnungen für FU- und FI-Schalter
folgende Forderungen zu stellen: 1. Bei allen Schaltertypen muß schnell und zuverlässig
gemessen werden können.
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2. Auch bei nachlässiger oder falscher Bedienung muß die Messung
gefahrlos sein.
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3. Der Meß- und Prüfvorgang sollte so vereinfacht sein, daß der Messende
sich weitgehend dem Prüfobjekt widmen kann.
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4. Die Prüfung soll von angelernten Kräften durchgeführt werden können.
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5. Die Prüfanordnung muß so preiswert herzustellen sein, daß die
erwünschte weite Verbreitung möglich ist.
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Es wurden zwar bereits verschiedene Prüfanordnungen für FU- und FI-Schutzschalter
gemäß den dargestellten Schaltungsprinzipien entwickelt, jedoch haben diese den
Nachteil, daß von dem Bedienenden während der Verstellung des Prüfwiderstandes zwei
Meßgeräte zugleich abgelesen werden müssen.
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Weiterhin gibt es Prüfgeräte, die nur ein Meßinstrument, z. B. ein
Amperemeter oder einen Spannungsmesser, aufweisen. Derartige Geräte sind entweder
nicht für alle Messungen geeignet, oder ihre Bedienung ist durch eine Vielzahl von
Einstell- oder Umschaltorganen kompliziert.
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Bekanntgeworden ist ferner eine Anordnung zum Prüfen der Erdschutzleitung
an elektrischen Geräten, die mit einem künstlichen Fehlerstrom arbeitet. In einer
derartigen Anlage mit Trennschutzschalter ist eine Prüftaste vorgesehen, mit deren
Hilfe die über die Auslösespule des Trennschutzschalters geführte Erdschutzleitung
an die Netzspannung gelegt werden kann. Das Auslösen des Trennschutzschalters ist
ein Kriterium dafür, ob die Erdschutzleitung in Ordnung ist oder nicht. Eine derartige
Prüfeinrichtung ermöglicht lediglich eine Durchgangskontrolle des Leiters, dagegen
ist die Größe des Widerstandes des Erdschutzleiters oder des Erders nicht feststellbar.
Die Anwendung der bekannten Prüfeinrichtung für den Erdschutzleiter ist nicht unbedenklich,
da beim Betätigen der Taste gefährliche Berührungsspannungen auftreten können, wenn
der Erdschutzleiter unterbrochen oder sein Widerstand so groß ist, daß der Trennschutzschalter
nicht auslöst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine absolut sichere und
einfach zu handhabende Prüfanordnung zu schaffen, die durch Signale in Form einer
Ja-Nein-Aussage Aufschluß über den Zustand des Prüfobjektes gibt.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom-
und Fehlerspannungsschutzschaltern sowie zur Messung des Erdungs-und des Schleifenwiderstandes.
Gemäß der Erfindung ist ein als Spannungswächter ausgebildetes Relais vorgesehen,
das die Meßanordnung bei anliegender Netzspannung einschaltet und bei Gefahr einer
Spannungsverschleppung sofort ausschaltet.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels
gemäß Fig. 3 der Zeichnung erläutert.
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Die Prüfschaltungsanordnung im unteren Teil der Zeichnung besteht
aus einem Relais A mit den Arbeitskontakten at, a2, a3, einem Doppeleinstellwiderstand
P,-P2 mit einem in der Nullstellung ge-
schlossenen Kontakt p, einem dreipoligen
Umschalter S,, einem einpoligen Umschalter S2, den Prüftasten T, und T2, den Anzeigelampen
L1 und L2, dem Vorwiderstand R.. und einer Sicherung Si von beispielsweise 2 A Nennstrom.
Zum Anschluß des Gerätes an eine der drei Phasen des Starkstromnetzes dient die
Klemme Ko. Die Klemme K2 wird mit dem Schutzleiter Sch bzw. mit der geschützten
Anlage und die Klemme K1 mit dem Nulleiter 0 verbunden. An die Klemmen K4, K5 und
KG kann im Bedarfsfalle ein normales Vielfachmeßinstrument angeschlossen werden.
Zur Einschaltung des Strompfades wird die Brücke D geöffnet. Dies kann selbsttätig
dadurch geschehen, daß die Anschlußklemme K4 als Schaltbuchse ausgebildet ist. Mit
Hilfe der Klemme K7 wird eine Sonde als Hilfserde angeschlossen. Der Taster T1 ermöglicht
wahlweise die Messung der Spannung Phase-Schutzleiter und Phase-Nulleiter.
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Der obere Teil der Zeichnung zeigt ein Drehstromnetz mit den Phasen
R, S, T und dem geerdeten Nullleiter 0. Mit Tr ist der Transformator bezeichnet.
An das Netz ist über drei Sicherungen und einen Fehlerspannungs schutzschalter FU-Sch
ein Drehstromverbraucher, beispielsweise ein Motor M, angeschlossen.
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Nach dem Anschluß der Prüfschaltungsanordnung an eine Phase R, den
Schutzleiter Sch und den Nullleiter 0 leuchtet die Lampe L2 auf. Das Relais A, das
bei einer Netzspannung von etwa 220 Volt sicher anspricht und dessen Abfallspannung
bei 155 Volt liegt, kann nur dann unter Spannung gesetzt werden, wenn der Doppeleinstellwiderstand
P1-P. die Nullstellung einnimmt, in welcher die maximalen Widerstandswerte eingeschaltet
sind. In dieser Stellung ist der Kontakt p geschlossen.
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Beim Ansprechen des Relais A werden seine Kontakte ap a2 und aO geschlossen.
Der Kontakt a1 schaltet die Lampe Lz ein, der Kontakt a, bereitet den Stromkreis
der Einstellwiderstände für die Messung vor, und der Kontakt a3 dient zur Selbsthaltung
des Relais A. Wenn beide Lampen aufleuchten, kann die eigentliche Messung beginnen.
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Für die Prüfung eines Fehlerspannungsschutzschalters wird der Schalter
82 auf FU gestellt. Nun wird der Doppeleinstellwiderstand PX P2 von der Nullstellung
aus verdreht, wobei der Wert des Einstellwiderstandes P, verringert wird. Dabei
nimmt der Schalter S, die gezeichnete Stellung ein. Es fließt ein Strom von der
Phase R über S,, rr-, D, 8 P1 und Si zum Schutzleiter Sch. Diesem Stromkreis liegt
der Relaisstromkreis und der eine Lampenstromkreis L parallel.
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Falls nun der Schutzleiter einen zu hohen Widerstand hat, entsteht
an ihm beim Verdrehen des Einstellwiderstandes P, ein so hoher Spannungsabfall,
daß die Spannung am Relais A unter die Abfallspannung von 155 Volt sinkt und das
als Spannungswächter wirkende Relais abfällt. Dieser Fehler in der zu prüfenden
Anlage wird durch das Erlöschen der Lampe Lj infolge Öffnung des Kontaktes a1 angezeigt.
Ist die aus Schutzschalter und Schutzleiter bestehende Anlage in Ordnung, so muß
der Schutzschalter bereits vor dem Erlöschen der Lampe L1 ausgeschaltet haben. Ist
die Klemme K3 des Prüfgerätes - wie gezeichnet -- vor dem FU-Schalter an die Phase
R angeschlossen, so brennt die Lampe L2 weiter. Wurde dagegen der Anschluß hinter
dem FU-Schalter vorgenommen, so zeigt das Erlöschen
der Lampe L,
auch den Abfall des Schalters an. Zur besseren Unterscheidung werden die Signallampen
farbig ausgeführt, und zwar Kl grün und L. rot.
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Kann man das Prüfgerät in unmitte1barer Nähe des FU-Schalters anschließen,
so empfiehlt es sich, den Phasenleiter vor dem Schalter anzuzapfen. Das Abschalten
des FU-Schalters macht sich beim Verdrehen des Einstellwiderstandes P1 akustisch
bemerkbar. Liegt dagegen der Verbraucher M so weit vom FU-Schalter entfernt, daß
man den Schalter nicht mehr beobachten kann, so klemmt man die Phase R hinter dem
Schalter an, wobei das Erlöschen beider Signallampen ein Zeichen für die Auslösung
des Schalters ist.
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In gleicher Weise verfährt man, wenn es sich um die Prüfung eines
Fehlerstromschutzschalters (FI-Schalters) handelt. In diesem Falle wird der Schalter
Y nach rechts auf die FT-Marke gestellt, und der Einstellwiderstand P, wird wirksam.
Zur Anpassung an die verschiedenen Typen von FI-Schaltern mit unterschiedlichen
Abschaltströmen hat P eine abgestufte Wicklung. Beide Wicklungen des Doppeleinstellwiderstandes
P1-P2 sind so ausgebildet, daß bei maximaler Verdrehung des Einstellknopfes bestimmte
Restwiderstände eingeschaltet bleiben, um das Auftreten unzulässig großer Ströme
zu verhindern. Statt dessen kann man auch getrennte Vorwiderstände vorsehen.
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Solange der Schutzleiter einen ausreichend niedrigen Widerstand hat
und der an ihm auftretende Spannungsabfall unter 65 Volt bleibt, darf sowohl beim
Prüfen von Fl- als auch von FU-Schaltern die Betätigung des Doppeleinstellwiderstandes
P1-P2 von Anschlag zu Anschlag nicht zu einem Erlöschen der Lampe L1 vor dem Auslösen
des Schutzschalters führen.
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Falls man bei der Prüfung zusätzlich die auftretenden Spannungen
und Ströme messen will, wird über die Klemmen K4, K und Kß ein normales Vielfachinstrument
angeschlossen. Hierbei wird die Brücke D selbsttätig geöffnet. Nimmt der Taster
T1 die gezeichnete Stellung ein, so wird die Spannung Phase gegen Schutzleiter gemessen.
Durch Drücken des Tasters T erfaßt man die Spannung Phase-Nulleiter.
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Um die Prüfung und Messung mit einer Sonde als Hilfserde durchführen
zu können, wird der SchalterS1 umgelegt und die Sonde an die Klemme K7 angeschlossen.
Bei der Sondenmessung wird durch das Betätigen des Schalters 8 der Stromlauf durch
das Vielfachinstrument und die Einstellwiderstände P1-P2 umgekehrt. Dies ist auch
für die Messung des Erdungswiderstandes erforderlich, weil dabei die Spannung des
Erders gegen die Sonde gemessen wird. Hierbei verläuft nämlich der Voltmeterkreis
von den Klemmen K,; und K,, die auf dem gleichen Potential liegen, über das Voltmeter,
die Klemme K den Kontakt a2 und den Schalter Sl zum Schutzleiter Sch, der für diese
Messung mit dem Erder verbunden ist.
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Bei der Messung des Erdungswiderstandes (mit Sonde) muß man außer
der Spannung auch den Strom messen. Der Strom wird mit Hilfe des Doppeleinstellwiderstandes
P-Pe auf einen Wert von z. B.
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0,1 oder 1 A eingestellt. Der angezeigte Spannungswert gibt dann ohne
komplizierte Umrechnung den Erdungswiderstand in Ohm an. Diese Messung des Erdungswiderstandes
ist auch dann noch genau, wenn die Netzspannung vom 220Volt Sollwert abweicht.
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Wenn der Schalter Sl für eine Sondenmessung nach unten umgelegt ist,
mißt man beim Drücken der Taste T1 die Spannung zwischen Nulleiter und Schutzleiter.
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Um die Messung des Schleifenwiderstandes bei Nullung durchführen
zu können, wird zunächst am Prüfgerät der Schutzleiter mit dem Nulleiter verbunden.
Der Schalter S1 nimmt dabei die gezeichnete Stellung ein. Dann wird mit Hilfe des
Einstellwiderstandes Pl und des Strommessers ein Belastungsstrom von z. B. 1 A eingestellt,
und es wird die Spannung Phase gegen Nulleiter gemessen. Nach dem Abschalten des
Belastungsstromes durch Öffnen des Schalters 8 wird die Spannung erneut gemessen.
Die Differenz beider Spannungen geteilt durch den eingestellten Strom ergibt den
Schleifenwiderstand.
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Die bisher beschriebenen Messungen haben eine eindeutige Spannung
der Netzleiter gegen Erde zur Voraussetzung.
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In Dreiecksnetzen ohne Netzerde (Dreileiternetzen), in denen dies
nicht zutrifft, wird üblicherweise vorgeschlagen, zwecks Durchführung der Messung
einen Phasenleiter zu erden. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen ist dabei zu empfehlen,
die Erdung über einen Einstellwiderstand mit Amperemeter durchzuführen. Diese Vorkontrolle
kann mit dem vorliegenden Gerät vorgenommen werden, indem man K3 an den zu erdenden
Leiter und K2 an Erde anschließt und die Taste T, drückt. Zuvor ist der Doppeleinstellwiderstand
Pi-P2 in Nullstellung zu bringen und der Schalter 82 auf die FI-Marke zu stellen.
Wird der Strom beim Betätigen des Drehknopfes nicht unzulässig groß, so kann der
Leiter geerdet werden. Erforderlichenfalls ist der günstigste der Leiter durch eine
weitere Vorprüfung aufzusuchen. Bei den oben beschriebenen Prüfungen von Schutzmaßnahmen
wird jetzt Ki an den geerdeten Außenleiter, K, an den Schutzleiter und KO an einen
der beiden nicht geerdeten Außenleiter angeschlossen.
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Die Vorteile der beschriebenen Schaltungsanordnung bestehen darin,
daß die Prüfung der Schutzmaßnahmen ohne Benutzung eines Meßgerätes möglich ist
und daß eine einfache Lampenanzeige als Kriterium dient. Damit ist die Prüfung schneller
und völlig zuverlässig. Außerdem kann die Bedienung durch angelernte Hilfskräfte
erfolgen wobei die Aufmerksamkeit vorwiegend dem Prüfobjekt zugewendet werden kann.
Der technische Aufwand der neuartigen Schaltungsanordnung ist durch den Wegfall
eines besonderen Meßgerätes erheblich verringert.
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Von großer Bedeutung ist die Tatsache, daß bei allen Prüfvorgängen
keine gefährlichen Spannungsverschleppungen auftreten können, weil das Gerät nur
in Nullstellung des Doppeleinstellwiderstandes eingeschaltet werden kann und das
Relais A als Spannungswächter wirkt.
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Für genauere Messung kann ein fast immer vorhandenes normales Vielfachmeßgerät
ohne Beeinflussung der gesamten Prüfanordnung angeschlossen werden. Vorteilhaft
ist dabei gegenüber den bekannten Prüfschaltungen, die nur einen fest eingebauten
Spannungs- oder Strommesser besitzen und lediglich Spannungen oder Ströme messen
können, daß hier sämtliche Strom- und Spannungsmeßbereiche des Vielfachmessers zur
Verfügung stehen.
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Zur exakten Überprüfung sind nämlich Strommessungen bei FI-Schaltern
mit sehr verschiedenen
Stromstärken, Spannungsmessungen bei FU-
und FI-Schaltern sowie Strom- und Spannungsmessungen zur Bestimmung des Erdungswiderstandes
erforderlich. Dabei können Spannungen von wenigen Volt bis zur Netzspannung auftreten.
Während man bei den bisherigen Prüfgeräten für die verschiedenen Typen von FI-Schaltern
jeweils besondere Einstellwiderstände benutzt, werden beim Gegenstand der Erfindung
alle Strombereiche der verschiedenen Schaltertypen durch einen Einstellwiderstand
mit abgestufter Wicklung erfaßt. Fehler durch falsche Wahl des Prüfwiderstandes
sind bei der neuartigen Anordnung ausgeschlossen.