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Fehlerstrom- bzw. Fehlerspannungs-Schutzschaltung Die Fehlerstrom-Schutzschaltung
dient, ebenso wie die Fehlerspannungs-Schutzschaltung, zum Schutze gegen das Auftreten
zu hoher Berührungsspannungen an den Gerätegehäusen von elektrischen Verbraucheranlagen.
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Sie bietet im gewissen Maße auch einen Brandschutz. Dieser erstreckt
sich allerdings nur auf den durch einen Erdschluß möglichen Brand. Es hat deshalb
nicht an überlegungen und Vorschlägen gefehlt, den Brandschutz auch auf den Fehler
zwischen zwei Stromleitern, insbesondere den Kurzschluß, auszudehnen.
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Bekannt ist die Mitführung eines blanken und geerdeten Drahtes parallel
zu den stromführenden Leitern oder die Verwendung von metallenen, unisolierten und
geerdeten Leitungsrohren bzw. Leitungsumflechtungen. Bei dieser Anordnung führt
im allgemeinen ein zwischen den Stromleitern auftretender Fehler auch zu einem Erdschluß
und damit zur Abschaltung durch den Schutzschalter.
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Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Einrichtung besteht darin,
daß durch den blanken Beidraht bzw. durch die metallische Leitungsumhüllung Spannungsverschleppungen
möglich sind, welche zu Unfällen führen können. Ein weiterer Nachteil ist der erhöhte
Verlegungsaufwand, der durch die Mitführung des Beidrahtes bzw. durch die Verwendung
von Metallrohren gegeben ist. Außerdem bietet die bekannte Anordnung keine volle
Gewähr dafür, daß beim Schluß zwischen zwei Stromleitern auch ein Fehlerstrom zum
Beidraht und damit eine Abschaltung zustande kommt. Im Erhitzungs- bzw. im Brandfall
muß nämlich eine Beschädigung der Leitungsisolierung nicht unbedingt eine Berührung
des Stromleiters mit dem blanken Beidraht bzw. einen Stromübergang zur Folge haben.
Ein bestehenbleibender Leitungsabstand oder der zerstörte Isolierstoff selbst halten
in vielen Schadensfällen die Isolierung aufrecht und verhindern dadurch das Zustandekommen
eines Erdschlußstromes und damit die Abschaltung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und zusätzliche
Vorteile zu verwirklichen. Sie geht von der Fehlerstrom- bzw. Fehlerspannungs-Schutzschaltung
aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Brandschutzes und zur Verwendung
als Brandwarnanlage die Isoliermäntel aller oder eines Teiles der nach dem Schutzschalter
liegenden Leitungen aus temperaturabhängigem Widerstand bestehen. Wird an irgendeiner
Stelle der Leitung die zulässige Temperatur überschritten, so werden dort die Isoliermäntel
des Stromleiters und des Schutzleiters elektrisch leitend, und es kommt ein Erdschlußstrom
zustande, der die Abschaltung durch den Fehlerstrom- bzw. Fehlerspannungs-Schutzschalter
zur Folge hat.
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Die erfindungsgemäße Anordnung beseitigt nicht nur die erwähnten Nachteile
der bekannten Einrichtung, sie bietet noch zusätzliche Vorteile. Die sichere Abschaltung
erfolgt nicht erst im Brandfall, wie bei der bekannten Einrichtung, sie erfolgt
bereits bei wesentlich tieferen Temperaturen (z. B. bei 100°C), also in einem Stadium,
wo die Leitungen nur erwärmt, aber noch nicht zerstört worden sind. Aus diesem Grunde
bietet die erfindungsgemäße Einrichtung auch einen Schutz gegen die Stromüberlastung
infolge zu geringen Querschnitts. Ein weiterer zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Einrichtung besteht darin, daß die gesamte elektrische Anlage als Brand-Warnanlage
dient. Es ist nämlich gleichgültig, auf welche Weise die Leitungen erwärmt werden,
ob von innen durch die stromleitenden Drähte oder von außen durch ein auf nichtelektrische
Weise entstandenes Feuer. Zweckmäßigerweise wird durch die Abschaltung gleichzeitig
ein Warnsignal ausgelöst, oder es wird nur ein Warnsignal ausgelöst und die Abschaltung
durch den Schutzschalter erfolgt erst bei einer größeren Fehlerstromstärke. Der
räumliche Schutzbereich ist außergewöhnlich groß, da elektrische Leitungen im allgemeinen
in allen Räumen und innerhalb der Räume an vielen Stellen installiert sind.
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Die Verwendung von elektrischen Leitungsdrähten mit Isoliermäntel
aus temperaturabhängigem Widerstandsmaterial zur Brandwarnung ist an sich bekannt.
Der Erfindungsgedanke besteht daher in der Kombination dieser an sich bekannten
Leitungen mit der an sich bekannten Fehlerstrom- bzw. Fehlerspannungs-Schutzschaltung.
Da durch diese Kombination die Leitungen der elektrischen Versorgungsanlage und
der bei der Schutzschaltung bereits vorhandene Schutzleiter auch zum Brandschutz
bzw. zur Brandwarnung
im beschriebenen Sinne mitverwendet werden,
entfällt die Verlegung von gesonderten Leitungen, die Verwendung einer besonderen
Stromquelle und die Verwendung einer besonderen Abschalt- und Warneinrichtung. Zusätzlich
verhindert die erfindungsgemäße Einrichtung zuverlässig die Entstehung von Bränden,
die durch die Stromleitungen selbst entstehen können, ohne daß diese Leitungen vorher
einen Schaden erlitten haben müssen.
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Es ist bekannt, daß als Isoliermaterial mit temperaturabhängigem Widerstand
bestimmte chemische Salze verwendet werden. In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung
wird als Isoliermaterial ein Gemenge aus Kunststoff und-bestimmten als Heißleitermaterial
an sich bekannten Metalloxyden bzw. oxydischen Mischkristallen verwendet. Die Herstellung
erfolgt z. B. durch Vermischung eines erwärmten und flüssigen Kunststoffes mit dem
pulverisierten Heißleitermaterial.
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In. der weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden auch die elektrischen
Verbrauchsgeräte in den Brandschutz mit einbezogen. Bekanntlich werden Heizgeräte
mit Glühkörpern manchmal zur Brandursache. Da diese Geräte heute alle mit Schutzleiter
versehen sind, braucht der temperaturabhängige Widerstand nur an der gefährdetsten
Stelle angebracht und sowohl mit dem Schutzleiter wie auch mit dem spannungsführenden
Leiter verbunden zu werden. Damit der temperaturabhängige Widerstand unabhängig
von der Steckerstellung an die Spannung zu liegen kommt, wird derselbe mit dem einen
Anschluß an die Mitte eines symmetrischen Spannungsteilers angeschlossen, der wiederum
am Nulleiter und am Außenleiter angeschlossen ist. Der temperaturabhängige Widerstand
wird z. B. beim Bügeleisen in der Mitte oder am Rande der Sohle angebracht, während
er z. B. beim Heizofen beispielsweise an den Stäben des Schutzgitters befestigt
wird.
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Elektrische Wärmegeräte mit geringeren Betriebstemperaturen (Heizkissen,
Heizdecken usw.) besitzen im allgemeinen keinen Schutzleiter (Berührungs-Schutzleiter).
Diese Geräte werden durch Mitführen eines eigenen Schutzleiters (Brand-Schutzleiter)
in den Brandschutz mit einbezogen. Die Heizwicklungen werden mit dem Brand-Schutzleiter
umgeben oder das Geräteinnere wird mit ihm ausgekleidet.
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In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine bestehende elektrische
Anlage durch Anschluß einer besonderen Brand-Schutzleitung an eine Steckvorrichtung
mit Schutzkontakt, erweitert bzw. ergänzt. Da diese ortsveränderlich und flexibel
ist, kann sie zum Schutze eines jeden beliebigen Objektes, z.B. eines Heustockes
in der Landwirtschaft, verwendet werden. In dieser ortsveränderlichen Brand-Schutzleitung
sind zur Strombegrenzung Schutzwiderstände eingebaut. Die Höhe des durch den Brand-Schutzleiter
fließenden Stromes kann zur Messung der am Schutzobjekt auftretenden Temperatur
verwendet werden.
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In F i g. 1 und 2 wird die Wirkungsweise der Erfindung erläutert.
F i g. 1 stellt das bekannte Schaltbild der Fehlerstrom-Schutzschaltung und F i
g. 2 das bekannte Schaltbild der Fehlerspannungs-Schutzschaltung dar. Der Stromleiter
A der Versorgungsanlage besitzt ebenso wie der Schutzleiter C einen Isoliermantel
aus temperaturabhängigem Widerstand. Wird an irgendeiner Stelle der Leitungsführung
durch die Stromwärme oder durch eine von außen kommende Wärme (z. B. Feuer) der
Isoliermantel erwärmt, so wird er ab einer bestimmten Temperatur stromleitend. Dadurch
kommt ein Stromfluß vom Außenleiter zum Schutzleiter und weiter zur Erde zustande.
Der Stromfluß von einem Leitermantel zum anderen ist möglich, weil die Leitungen
in den Rohren parallel zueinander und eng aneinanderliegend verlaufen oder sogar
(bei Feuchtraum-, Kabel- oder Stegleitungen) einen gemeinsamen Isoliermantel besitzen.
Bei der Fehlerstrom-Schutzschaltung (F i g. 1) induziert der zustandegekommene Erdschlußstrom
im Summenwandler W eine Spannung und diese löst über das Relais R ein Warnsignal
aus bzw. bewirkt die Abschaltung der Stromzufuhr. Bei der Fehlerspannungs-Schutzschaltung
(F i g. 2) fließt der Erdschlußstrom direkt durch das Relais R und bewirkt die Auslösung
des Warnsignals bzw. die Abschaltung.
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Unabhängig von der erfindungsgemäßen Einrichtung bleibt bei beiden
Schutzschaltungen der Berührungsschutz im vollen Umfange aufrechterhalten. Ein Körperschluß,
d. h. ein Fehlerschluß zwischen dem Außenleiter A und dem metallenen Gehäuse des
Verbrauchsgerätes V führt zu einem Erdschluß und bewirkt die Abschaltung.