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überwachungsschalter für Erd- und/oder Nulleiter in fehlerstromgeschützten
elektrischen Anlagen Gegenstand der Erfindung ist ein überwachungsschalter für Erd-
und/oder Nulleiter in fehlerstromgeschützten elektrischen Anlagen, insbesondere
Wechsel- und Drehstromanlagen oder Drehstromanlagen.
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Es sind Fehlerstronischutzschalter bekannt, die beim Fließen eines
Fehlerstroms, der bei einem Gehäuseschluß über den Erdleiter zur Erde abfließt,
infolge der Differenz in den hin- und rückfließenden Strömen durch die Entstehung
eines Stromes in ihrer Sekundärwicklung allpolig auslösen und damit eine Unterbrechung
des Stromkreises bewirken. Diese Fehlerstromschutzschalter sind aber nur dann wirksam,
wenn ein Fehlerstrom zur Erde abfließen kann. Ist der Erdleiter unterbrochen, dann
ist bei einem auftretenden Gehäuseschluß die Summe der hin- und rückfließenden Ströme
gleich Null, und der Fehlerstromschutzschalter löst nicht aus, obwohl das Gehäusr-
unter gefährlicher Berührungsspannung steht. Im Falle, daß mehrere Geräte an eine
gemeinsame Erdklemmschiene angeschlossen sind und keine Zwangserdung vorhanden ist,
stehen bei einem Gehäuseschluß in einem der angeschlossenen Gerate alle angeschlossenen
Geräte unter gefährlicher Berührungsspannung, wenn der Erdleiter an einer zwischen
Erdklemmschiene und Erde gelegenen Stelle unterbrochen ist.
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Für die mit den unter Berührungsspannung stehenden Gehäusen in Berührung
kommenden Personen kann dies zu schwerwiegenden gesundheitlichen Schäden führen
und unter Umständen sogar den Tod zur Folge haben.
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Bei in der Zuleitung unterbrochenem Nulleiter von Drehstromanlagen
löst der Fehlerstromschutzschalter ebenfalls nicht aus. Es besteht dann zwar keine
Gefahr für Personen, da keine Berührungsspannung auftritt; es kann aber bei unsymmetrischer
Belastung zu
Schäden an den angeschlossenen Verbrauchern kommen, wenn sie
über ein zulässiges Maß hinausgeht.
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Gemäß einem älteren Vorschlag besteht eine Schaltungsanordnung zur
Schutz- bzw. Erdleiterüberwachung darin, daß ein als Spannungswächter ausgebildetes
Relais vorgesehen ist, das die Meßanordnung bei anliegender Netzspannung einschaltet
und bei Gefahr einer Spannungsverschleppung sofort ausschaltet. Dieses Relais betätigt
beim Auftreten von Fehlern im Prüfobjekt eine Signalvorrichtung. Gleichzeitig dient
diese Schalt:ungsanordnung zur Messung des Erdungs- und Schleifenwiderstandes.
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Bekanntgeworden ist ferner ein Erdungsprüfschalter für den Nachweis
der Wirksamkeit einer Fehlerstronischutzschaltung, der zusätzlich zu der Üblichen
Prüfeinrichtung für die Funktionsüberprüfung des Fehlerstromschutzschalters, die
in der Regel in diesem eingebaut ist, eingelegt wird und mit Hilfe eines Wischkontaktes
einen zeitlich und durch einen Widerstand begrenzten Meßstrom hinter dem Fehlerstromschutzschalter
entnimmt, der über den Erdungswiderstand den vorgeschalteten Fehlerstromschutzschalter
bei ausreichend kleinem Erdungswiderstand auslöst.
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Sowohl die Schaltungsanordnung zur Schutz- bzw. Erdleiterüberwachung
als auch der Erdungsprüfschalter für den Nachweis der Wirksamkeit von Fehlerstromschutzschaltungen
werden lediglich für Kontroll- und/oder Meßzwecke eingesetzt und überwachen den
Erd- und/oder Nulleiter nicht selbsttätig.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an den Stromkreis Relais
angeschlossen werden, die bei Unterbrechung des Erdleiters bzw. beim Auftreten von
Spannung auf dem unterbrochenen Erdleiter oder dem Auftreten von Spannung auf dem
in der Zuleitung unterbrochenen Nulleiter Fehlerstronikreise schließen, über die
Fehlerströme fließen, durch die der Fehlerstromschutzschalter zum Auslösen gebracht
wird, wobei die Größe der Fehlerströme durch in die Fehlerstromkreise eingebaute
Widerstände bestimmt wird.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Ab
b. 1 zeigt einen Schaltplan für eine Wechsel-und Drehstromanlage mit Schutz
gegen Erdleiterunterbrechung; A b b. 2 zeigt einen Schaltplan für eine Drehstromanlage
mit Schutz gegen Erdleiter- und Nulleiterunterbrechung.
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In dem Schaltplan nach Abb. 1. ist der Stromverlauf für eine
Wechselstrombelastung wie folgt: Der Strom fließt von Phase T über Leitung
1, Fehlerstromschutzschalter F und Leitung l' zum Phasenanschluß T'
des Verbrauchers 2 und vom Nulleiteranschluß 0' des Verbrauchers 2 über Leitung
4#, Fehlerstromschutzschalter F und Leitung 4 zum Nullleiter 0.
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Bei einem Gehäuseschluß tritt entweder eine Verbindung zwischen der
Leitung l', der Leitung 4' oder dem Verbraucher 2 mit dem Gehäuse
3 und mit dem Erdleiter 5' auf. Es ergibt sich ein Fehlerstrom, der
über das Gehäuse 3, Erdleitung 5', Erdklemmschiene 6
und Erdleitung
5 zur Erde E fließt. Beim Fließen dieses Fehlerstroms löst der Fehlerstromschutzschalter
F in bekannter Weise aus.
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Angenommen, die Erdleitung 5 ist unterbrochen und es ist keine
Zwangserdung vorhanden, so kommt bei einem Gehäuseschluß kein Fehlerstrom zur Erde
E
zustande, und der Fehlerstromschutzschalter F löst nicht aus. Relais
7 ist über die Leitungen 8 und 11
mit der Leitung
l' und damit über den Fehlerstromschutzschalter F und Leitung 1 mit
der Phase T und über die Erdleitung 5", die Erdklemmschiene 6 und
Erdleitung 5 mit der Erde E verbunden; es ist mil dem Ruhekontakt
9 und dem Arbeitskontakt 10 ausgestattet und befindet sich bei normalem
Betriebsverlauf in Stellung 17.
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Relais 13 ist über die Leitung 11' mit der Leitung 4'
und damit über den Fehlerstromschutzschalter F und Leitung 4 mit dem Nulleiter
0 und über die Leitung 11 mit der Phase T verbunden; es ist mit dem
Arbeitskontakt 12 ausgestattet, der bei normalem Betriebsverlauf geschlossen ist.
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Durch Relais 7 fließt ein kleiner Fehlerstrom, der ständig
die Erdleitung auf Durchgang zur Erde prüft, der aber nicht groß genug ist, um den
Fehlerstromschutzschalter auszulösen. Wird die Erdleitung unterbrochen, dann kann
dieser kleine Fehlerstrom nicht fließen, und Relais 7 fällt ab, dabei den
Ruhekontakt 9
schließend. Durch das Abfallen von Relais 7 kommt ein
Fehlerstrom zustande, der von Phase T über Leitung 1, Fehlerstromschutzschalter
F, Leitung l', Leitung 11, Kontakt 12, Leitung 14, Widerstand
15, Leitung 14', Kontakt 9, Leitung 16 und Leitung 4 zum Nulleiter
0 fließt. Durch diesen Fehlerstrom wird der Fehlerstromschutzschalter F zum
Auslösen gebracht. Da die Relaisanschlüsse hinter dem Fehlerstromschutzschalter
liegen, werden Relais 7 und 13 beim Auslösen des Fehlerstromschutzschalters
stromlos; Relais 7 hält den Ruhekontakt 9 geschlossen, und Relais
13 fällt ab. Wenn bei einem Gehäuseschluß, hervorgerufen durch einen Fehler
im Verbraucher 2 zwischen Phase T und Erdleitung 5, Berührungsspannung vorhanden
ist, so läßt sich bei unterbrochener Erdleitung 5 der Fehlerstromschutzschalter
nicht einschalten - er löst sofort wieder aus, da an beiden Enden von Relais
7 gleiches Potential herrscht und es infolgedessen nicht anzieht. Der Fehlerstromkreis
ist über den Ruhekontakt 9 geschlossen.
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Ist im Verbraucher 2 infolge eines Fehlers eine Verbindung zwischen
dem Phasenanschluß R' und dem Gehäuse 3 oder zwischen dem Phasenanschluß
S' und dem Gehäuse 3 und damit eine Verbindung mit der Erdleitung
5 entstanden, so ist an den Enden von Relais 7 nicht die Phasen-,
sondern die Leiterspannung vorhanden. Relais 7 zieht nun nicht in Stellung
17, sondern darüber hinaus und schließt Arbeitskontakt 10, der mit
dem Ruhekontakt 9 parallel geschaltet ist. Der Fehlerstromkreis ist wiederum
geschlossen. Der Widerstand 15 bestimmt die Größe des Fehlerstroms.
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Beim Ausschalten des Stromnetzes fallen Relais 7
und
13 ab. Beim Wiedereinschalten muß Relais 7 zuerst anziehen, denn Relais
113 hat mit seinem Arbeitskontakt 12 den Fehlerstromkreis unterbrochen. Relais
13 erhält eine Anzugsverzögerung, wodurch erreicht wird, daß der Fehlerstromschutzschalter
F bei Netzeinschaltung nicht auslöst. Erst wenn Kontakt 9
von Relais
7 geöffnet hat, zieht Relais 13 an und schließt Kontakt 12.
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Um den Erdleitungsüberwachungsschalter in Verbindung mit dem Fehlerstromschutzscbalter
Überprüfen zu können, wird zweckmäßigerweise die Prüftaste 19 über die Leitungen
20 und 20' mit den Kontakten 9 und 10 parallel geschaltet. Durch Drücken
der Prüftaste 19 wird der Fehlerstromkreis geschlossen, und der Fehlerstromschutzschalter
löst aus.
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Um anzuzeigen, daß der Fehlerstromschutzschalter bei eingeschaltetem
Stromnetz ausgeschaltet ist, wird beispielsweise eine Glimmlampe 21 mit der Leitung
22 an die Leitung 14' und mit der Leitung 22' an die Leitung 1 angeschlossen.
Bei ausgelöstem Fehlerstromschutzschalter kommt somit ein Stromkreis zustande, der
von Phase T über Leitung 1, Leitung 22', Glimmlampe 21, Leitung 14'. Kontakt
9, Leitung 16
und Leitung 4 zum Nulleiter 0 fließt. Der in diesem
Stromkreis fließende Strom bringt die Glimmlampe zum Aufleuchten. An Stelle der
Glimmlampe kann ein auf die Sinnesorgane einwirkendes Gerät, wie beispielsweise
eine Klingel oder ähnliches, verwendet werden.
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Zum Schutze von Schaltung und Relais werden die Sicherungen
18 und 18' in die Leitungen 11 bzw. 22' eingebaut.
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Ist der Verbraucher 2 an seinem Standort über die Erdleitung
23 mit der Zwangserde ZE verbunden und bedarf dadurch nicht der Erdleitung
5', so wird vom Gehäuse 3 eine Schutzleitung 24, gegebenenfalls über
die Erdklemmschiene 6, zum Relais 7 gelegt. Ist die Erdleitung
23 unterbrochen und tritt ein Gehäuseschluß auf, so steht die Schutzleitung
24 unter Berührungsspannung. Beim Auftreten dieser Berührungsspannung spricht Relais
7 an und bringt den Fehlerstromschutzschalter F zum Auslösen.
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In dem Schaltplan für Drehstromanlagen nach Ab b. 2 wird der
Nulleiter in der Zuleitung durch Relais 25 gegen Unterbrechung gesichert.
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Relais 25 ist über die Erdleitung 5", Erdklemmschiene
6 und Erdleitung 5 mit der Erde E und über die Leitungen
26, 1.1' und 4', den Fehlerstromschutzschalter F und Leitung 4 mit dem Nulleiter
0 verbunden. Relais 25 ist bei normalem Betriebsverlauf stromlos,
da Erde und Nulleiter in geerdeten Drehstromnetzen gleiches Potential haben. Ist
der Nullleiter in der Zuleitung 4 unterbrochen, so liegen bei unsymmetrischer Belastung
Erde und Nulleiter nicht mehr auf gleichem Potential, und Relais 25 zieht
an, wenn die Spannung zwischen Nulleiter und Erde ein zulässiges Maß, beispielsweise
20 Volt, übersteigt.
Relais 25 schließt dann mit seinem Arbeitskontakt
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einen Fehlerstromkreis, der von Phase R über Leitung 28, Leitung
29, Widerstand 30, Leitung 31, Kontakt 27, Leitung
32, Leitung 33, Fehlerstromschutzschalter F und Leitung
33 zur Phase S fließt. Beim Fließen dieses Fehlerstroms löst der Fehlerstromschutzschalter
aus. Widerstand 30 bestimmt die Größe des Fehlerstroms.
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Neben der überwachung des Nulleiters erfüllt Relais 25 noch
eine weitere Funktion. Es dient gleichzeitig zur überwachung des Erdleiters. Sollte
durch ein Versagen von Relais 7 oder 13 bei unterbrochenem Erdleiter
der Fehlerstromschutzschalter nicht auslösen und kommt durch einen Fehler an einem
angeschlossenen Verbraucher Spannung auf den Erdleiter, dann zieht Relais
25, das bei unterbrochenem Erdleiter mit Relais 7 in Reihe geschaltet
ist, an und schließt den Fehlerstromkreis.
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Wenn sich in der Zuleitung an irgendeiner Stelle ein großer übergangswiderstand
einstellt und der Fehlerstromschutzschalter nicht mehr ansprechen kann, weil sein
zum Auslösen benötigter Fehlerstrom nicht mehr erreicht wird, so stünde die Erdleitung
ebenfalls unter Berührungsspannung. Durch diese Spannung wird Relais 25 ansprechen
und den Fehlerstromschutzschalter auslösen, und zwar unabhängig von Relais
7. Dadurch ist ein doppelter Schutz der Erdleitung gegen auftretende Berührungsspannung
gegeben.
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Relais 25 ist ebenfalls hinter dem FehlerstromschutzschalterF
angeschlossen und wird beim Auslösen desselben mit abgeschaltet. Dadurch besteht
keine Gefahr, daß die Wicklung von Relais 25 durch zu langes Erregen beschädigt
wird. Zum Schutze der Schaltung sind die Sicherungen 18" in die Leitungen
29 und 31 eingebaut.
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Ohne Änderung des Erfindungsgedankens kann der Überwachungsschalter
für verschiedene Bedarfsfälle baulich verschieden ausgestaltet werden. Sein Einsatz
ist überall dort vorgesehen, wo fehlerstromgeschÜtzte elektrische Anlagen verwendet
werden. Die Ausführungsart gemäß Ab b. 2 ist besonders dort geeignet, wo
die Zuleitungen als Freileitungen verlegt sind.