-
Anordnung zum Schutz von Menschen und Tieren gegen die Auswirkungen
eines Fehlerstromes Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz gegen die Auswirkungen
eines Fehlerstromes mittels eines in den Betriebsstromkreis geschalteten Summenstromwandlers.
-
Infolge Isolationsfehler entsteht zwischen elektrisch leitenden, nicht
zum Betriebsstromkreis gehörenden Betriebsmitteln (z. B. Gehäuse) und Anlegeteilen
mit Erdpotential bzw. dem Standort eines Menschen ein Spannungsunterschied (Berührungsspannung).
Die Größe des über einen diesen Spannungsunterschied überbrükkenden Menschen fließenden
Fehlerstromes ist abhängig von den Widerständen der gebildeten Strombahn.
-
Zum Schutz gegen die Auswirkungen dieses Fehlerstromes sind gemäß
VDE 0110j11.58 und VDE 0'i00 Z/11.64 (TGh 20(J-0602) neun verschiedene Schutzmaßnahmen
in Abhängigkeit von den örtlichen und netztechnischen Gegebenheiten zur wahlweisen
Anwendung gesetzlich vorgeschrieben. Nach der Wirksamkeit lassen sich diese Schutzmaßnahmen
in zwei Kategorien einteilen: 1: Schutzmaßnahmen, die das Entstehen einer Berührungsspannung
verhindern: Schutzisolierung, Schutztrennung, Schutzleitungssystem und Schutzkleinspannung.
-
2. Schutgmaßnahmen, dies das Bestehenbleiben einer BerUhrungsspannung
verhindern, indem das fehlerbehaftete Betriebsmittel vom Netz getrennt wird: Schutzerdung,
Nullung, Fehlersparznungs-, Fehlerstrom- und Trennfehlerstromschutzschaltung.
-
Die Schutzmaßnahmen der ersten Kategorie fallen für die allgemeine
Anwendung aus, da nur bestimmte einzelne Geräte bzw. Anlagen dafür geeignet sind:
Bei Anwendung von Schutzmaßnahmen der zweiten Kategorie erfolgt, angeregt durch
die Pehlerspannubzw. den Fehlerstrom, die Abschaltung des betroffenen Betriebsmittels
in einer von der Größe des Fehlerkriteriums abhängigen Zeit. Die &bschaltzeiten
variieren
zwischen 0,1 ... 100 Sekunden.
-
Es ist eine Anordnung bekannt, bei der der Betriebsstromkreis
in Fehlerfall in sehr kurzer Zeit (0,2 Sek) in Abhängigkeit vom Fehlerstrom
unterbrochen wird (Fehlerstromschutzschaltung). Dadurch soll erreicht werden, daß
der einen Spannungsunterschied überbrückende Mensch vom Fehlerstrom nicht über einen
längeren Zeitraum durchflossen wird bzw. im Falle eines auftretenden Muskelkrampfes
sich vom spannungsführanden Teil wieder lösen kann. Die allen Schutzmaßnahmen der
zweiten. Kategorie gemeinsame Unzulänglichkeit ist die die Dauer einer Herzperiode
überschreitende Abschaltzeit, da der 50-Hz-Wechselstrom selbst bei kurzer Einwirkdauer
die Herztätigkeit stören kann.
-
Eine Verkürzung der Abschaltzeit ist mit ökonomischen Mitteln, aber
auch teilweise mit technischen Mitteln nicht realisierbar, weil die Abschaltzeit
1. bei Abschaltung durch 8chmel sicheruen durch die dafür notwendige Stromstärke
und 2. bei Abschaltung durch Schaltgeräte von der Trägheit der Mechanismen abhängig
ist.
-
Es ist daher eine Anordnung bekrLD._ä geworden, bei: der i m f ehlerfall
kene Abschaltung zu eIgen 'raucht, aber eine Begrenzung des Fehlerstromes eintritt.
Dies wird dedurch erreicht, daB im Betriebsstromkreis eine Drossel. liegt, deren
Wicklung Bus den Leitern des Betriebsstromkreises ersteht.
-
Die lnduktivität vier Wicklung ist so bemessen, daß die Begrenzung
des Fehlerstromes im Fehlerfall durch folgende Wirkungsweise erzielt wird;
Im
fehlerlosen Betrieb ist der Summenstrom gleich Null, und es erfolgt keine Magnetisierung.
-
Im Fehlerfall fließt über einen Fehlerwiderstand (z. B. der den spannungsführenden
Teil berührende Mensch) ein, Fehlerstrom zum Erdpotential.. Der Summenstrom ist
nicht mehr Null, so daß in der aus dem fehlerbehafteten Leiter bestehenden Wicklung
eine Spannung induziert wird, die der Betriebsspannung entgegengerichtet ist. Die
am Fehlerwiderstand anliegende Spannung wird. daher geringer, so daß eine Begrenzung
des Fehlerstromes eintritt.
-
Durch diese Anaordnung wird zwar der Fehlerstrom begrenzt, doch wird
auch hier durch den kleineren Fehlerstrom infolge: langer Einwirkdauer die Herztätigkeit
gestört.
-
,Die Erfindung hat den Zweck, die Auswirkungen des im Fehlerfall fließenden
Fehlerstromes zu beseitigen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Fehlerstrom in
dem durch den Fehlerwiderstand (menschlicher Körper) gebildeten Teil der Strombahn
zu kompensieren.
-
Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Sekundärwicklung
des Summenstromwandlera, dessen Übersetzungsverhältnis 1 : 1 beträgt, so an einen
Schutzleiter, mit dem in bekannter Weise die betrebsmä% nicht spannungsführenden
elektrisch leitenden Teile verbunden sind, und an einen Erder angeschlossen. ist,
daß im Fehlerfall in Abhängigkeit vom Fehlerstrom ein gleichgroßer, aber entgegengerichteter
Strom in der Sekundärwicklung zum Fließen kommt, der den Fehlerstrom über zwischen
dem Gehäuse des fehlerbehafteten Gerätes und dem Erdanschluß des Wandlers kompensiert.
-
Durch die Erfindung ist es möglich, in einer Vielzahl von Fällen auf
kostspielige Schutzschalter mit besonderer Ausschaltcharakteristik zu verzichten.
Ebenso wird der hohe Aufwand zur Erzielung der Nullungsfähigkeit des Ortsnetzes
vermieden, da diese bei An-
Wendung der Erfindung überflüssig ist,
weil keine Verbindung mit dem Mittelleiter hergestellt zu werden braucht.
-
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung an einem
5
Ausführungsbeispiel. näher erläutert.
-
An einem Drehstromnetz sind mehrere Geräte Rv angeschlossen. Die Primärwicklung
1 eines Summenstromwandlers mit einem Übersetzungsverhältnis 1 : 1 wird durch die
Zuleitung zum Verbraucher gebildet. Die Sekundärwicklung 2 des Summenstromwandlers
wird an einen gesondert und isoliert zu führenden Schutzleiter SZ, an dem alle elektrisch
leitenden, aber nicht zum Betriebsstromkreis gehörenden Teile von Betriebsmitteln
(Gehäuse sowie Schutzkontakte von Steckdosen), die im Fehlerfall Spannung Kannehmen
können, und an die vorhandenen miteinander leitend- zu verbindenden natürlichen
Erder wie Wasserleitung, Gasleitung, Wärmeversorgungsleitung usw. oder an einen
Erder angeschlossen.
-
Zum Brandschutz ist in der Abnehmeranlage die Einhaltung der Abschaltbedingung
nach VDE 0100/11.58 § 9 N b) 2.2.-(TGL 200-0602) erforderl ich.
-
Im ungestörten Betrieb ist der Summenstrom Null. Im Fehlerfall wird
in der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers eine der Nullpunktverschiebung proportionale
Spannung induziert. Der Anschluß der Sekundärwicklung an den Schutzleiter und den
Erder .erfolgt so, daß die induzierte Spannung einen Strom über den Körperwiderstand
4 eines berührenden Menschen (oder Tieres) treibt, der dem Fehlerstrom entgegengerichtet
ist.
-
Da der vom Summenstromwandler erfaßte Summenstrom gleich groß dem
abfließenden Fehlerstrom ist,- wird auch der durch die induzierte Spannung in der
Sekundärwicklung getriebene Strom annähernd gleich groß dem Fehlerstrom sein.
-
Dadurch wird erreicht, daß im Fehlerfall zwar der Fehlerstrom auftritt,
somit das Abschaltkriterium für die dem Betriebsstromkreis
vorgeschaltete
Sicherung (oder eine andere Abschalteinrichtung) voll erhalten bleibt, jedoch im
Fehlerfall bis zur Abschaltung des fehlerbehafteten Stromkreises der über den Widerstand
des berührenden Menschen (oder Tieres) fließenden Fehlerstrom nahezu kompensiert
wird, wobei die Größe des Widerstandes zwischen dem an den Schutzleiter angeschlossenen
Anlageteil und dem Erder beliebig sein kann. (Der verbleibende Reststrom wird-durch
die Verluste im Summenstromwandier bestimmt.) Durch Aniswendung dieser Anordnung
wird das Kriterium der Abschaltzeit für die Schutzwirkung bedeutungslos. Es ist
zu beachten, daß die Abschaltzeit der größten vorgeschalteten Sicherung die zulässige
Belastungsdauer des Summenatromwandlers mit dem zum Fließen kommenden Fehlerstrom
nicht übersteigt (Kurzschlußfestgkeit): Soll auf die Abschaltung durch die vorgeschaltete
Sicherung oder einen Schalter verzichtet werden, so ist die Signalisation des Fehlerfalles
erforderlich. Diese Maßnahme kann aber nur dann angewendet werden, wenn durch den
Fehlerstrom keine Brandgefahr eiststeht und eine kurzfristige Abschaltung von Hand
gewährleistet ist. Die Anwendung der Anordnung ohne Fehlerstrom-Abschaltung ist
vor allem für Anlagen mit hohen Arbeitsströmen (Galvanotechnik) geeignet.