DE2445917A1

DE2445917A1 - Anordnung von fehlerstrom-schutzschaltern in drehstromsystemen zur gewaehrleistung der beruehrungssicherheit bei arbeiten an anlagen mit systemfremden erden

Info

Publication number: DE2445917A1
Application number: DE19742445917
Authority: DE
Inventors: Hein-Peter Neuhaus; Hellmut Tietz
Original assignee: BERLINER VERKEHRS BETRIEBE BVG
Current assignee: BERLINER VERKEHRS BETRIEBE BVG
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1976-04-15

Description

Anordnung von FehTerstrom-Schuzsehalceni in Drehstromsystemen zur Gewährleistung der Berührungssicherheit bei Arbeiten an Anlagen mit systemfremden Erden.
Ausgangssituation.
Elektrische Bahnen werden üblicherweise mit einem bahneigenen Rückleitungssystem für den Traktionsstrom, der Bahnerde, betrieben gemäß VDE 0115. Zwischen der Bahnerde, BE, und der Wassererde, WE, welche identisch mit dem Mittelpunktsleiter, NP, verbundener Drehstromnetze ist, treten dabei elektrische Potentiale auf. Bei Gleichstrombahnen, insbesondere auf Tunnelstrecken verkehrende Bahnen, stellt das Tunnelbauwerk bzw.
dessen Armierung gegenüber der Bahnerde, BE, ein weiteres Erdungssystem dar. Diese Tunnelerde, TE, bietet zusätzlichen Schutz gegen das Austreten korrodierender Streuströme aus dem Bahnsystem.
Drehstromanlagen der Kraft- und Lichtinstallation innerhalb dieser Dreierdensysteme (BE - TE - WE) sind mit ihren Mittelpunktsleitungen, MP, mit der Tunnelerde, TE, zusammengeschaltet. Auf dem Potential TE liegt auch der Schutzleiter für das Drehstromsystem. Beim Arbeiten an Bahnrückleitungspotential tragenden Teilen mit schutzgeerdeten Maschinen (Bohrmaschinen, Stopfmaschinen und dergleichen), werden zwischen den Potentialen BE und TE Ausgleichsströme beträchtlicher Höhe zum Fließen kommen. Diese Ströme sind nach Größe und Richtung undefiniert. Um sie zu unterbinden ohne gleichzeitig den im Fehlerfall an einem Arbeitsgerät erforderlichen Berührungsschutz zu verlieren, werden spezielle Fehlerstrom-Schutzschaltungen erforderlich.
Zur Unterbindung von Gleichstrom-Ausgleichsströmen wird bekannterweise ein Kondensator in den Zug der Schutzleitung geschaltet. Dieser ist so bemessen, daß ein Fehler-Wechselstrom genügender Höhe darüber fließen kann, um einen Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schutzschalter) zum Ansprechen zu bringen. Ein hochohmiger Widerstand parallel zu diesem Kondensator dient dessen Entladung.
Im Falle eines Schlusses z.B. zwischen NP und SL am Verbraucher kommt bei einer Berührung des Arbeitsgerätes mit der Bahnerde, BE, zwischen den Potentialen BE und MP ein Stromfluß über den FI-Schutzschalter zustande. Der steile Stromanstieg ruft hier im Ringkern des Summenstromwandlers bis zum Sättigungsknick eine Nagnetfeldänderung hervor, die in der Lage ist, im Sekundärkreis eine Spannung zu induzieren, deren Strom im Sperrmagneten des Auslöserelais einen Sperrfluß erzeugt, so daß der Anker des Auslöserelais abfällt bzw. durch Federkraft vom Joch abgezogen wird und den Abschaltmechanismus des FI-Schutzschalters in Tätigkeit setzt. Da im Sperrmagneten, bedingt durch seinen Aufbau, nur eine Halbwelle der durch den Fehlerwechselstrom induzierten Sekundärspannung den für die Abschaltung erforderlichen Sperrfluß hervorrufen kann, so kann auch nur ein primärseitiger Gleichstromanstieg bestimmter Richtung eine Auslösung des FI-Schutzschalters hervorrufen.
Da die Potentiale BE und TE unterschiedliche, nicht vorhersehbare Polarität haben und diese nur mit sehr niedriger und undefinierbarer Frequenz wechseln, bildet eine Verwendung eines FI-Schutzschalters keine ausreichende Sicherheit gegen Zerstörung von Arbeitsmaschinen.
Ein Ausgleichs-Gleichstrom einer Polarität, welche keine Auslösung des FI-Schutzschalters hervorzurufen imstande ist, treibt in jedem Falle den Ringkern des Summenstromwandlers in die Sättigung, so daß eine Magnetfeldänderung durch einen gleichzeitig auftretenden Fehlerwechselstrom nicht mehr möglich wäre. Damit ist die Sicherheit einer solchen Schaltung gegen Betriebsspannung nicht einwandfrei gewährleistet.
Um jedoch in jedem Falle, d.h. gleich welche Polarität zwischen BE und TE herrscht, eine Unterbrechung des Arbeitsstromkreises im Fehlerfalle gewährleisten zu können, wird erfindungsgemäß ein zweiter FI-Schutzschalter in der Weise zum ersten in Reihe. geschaltet, daß durch den Gleichstromanstieg entweder in dem einen oder in dem anderen Sperrmagneten der FI-Schutzschalter ein Sperrfluß erzeugt wird, der zur Auslösung des Schalters führt. Somit sind die beiden FI-Schutzschalter entgegengesetzt in Reihe geschaltet.
Beschreibung der Erfindung.
Die drei Phasen R, S und T eines Drehstromnetzes liegen mit dem Mittelpunktsleiter, MP, an der Tunnelerde, TE. Diese ist mit dem Schutzleiter, St, verbunden. Der Schutzleiter selbst ist durch einen Kondensator, X, unterbrochen, der so bemessen ist, daß über ihn ein Wechselstrom genügender Höhe fließen kann, um einen FI-Schutzschalter auszulösen.Ein hochohmiger Widerstand, R, dient der Entladung des Kondensators bei Potentialwechseln zwischen Tunnelerde, TE, und Bahnerde, BE.
Unter normalen Bedingungen ist damit kein Ausgleich zwischen den Potentialen BE und TE möglich.
Tritt im Falle eines Defektes im Arbeitsgerät, V, ein Schluß zwischen einer Phase und MP oder St auf, sprechen beide FI-Schutzschalter, FI1 und FI2, an und trennen das Gerät vom Drehstromnetz.
Im Falle eines normalerweise unbemerkt bleibenden Schlusses im Verbraucher, V, zwischen St und MP kommt ein Ausgleich-Gleichstrom über beide PI-Schutzschalter, bei Berührung: des Arbeitsgerätes, V, mit der Bahnerde, BE, zum Fließen. Je nach Richtung des Gleichstromes wird dessen Blanke (dI/dt) einen der beiden Pl-Schutzschalter, Pl1 oder FI2, zum Ansprechen bringen.
Dort werden beide Erdpotentiale BE und TE wieder getrennt.

Claims

Patentansprüche.

1. Anordnung zweier FI-Schutzschalter zum Schutze von mit Dreh- bzw. Wechselstrom betriebenen Geräten gegen Berührungsspannung, wobei im Fehlerfall Ausgleichströme zwischen zwei Erdungssystemen fließen können, von denen eines der Systeme vorzugsweise ein Gleichstromnetz darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Anderung der über den Summenstromwandler der Pl-Schutzschalter fließenden Fehlerströme und Ausgleich-Gleichströme in den Sekundärwicklungen der Summenstromwandler Spannungen induzieren, die in den polarisierten Auslöserelais der Pl-Schutzschalter Ströme und damit Nagnetflüsse hervorrufen, derart, daß in Abhängigkeit von der Polarisierung der Auslöserelais jeweils eine Halbwelle das Relais des einen, die andere Halbwelle das Relais des zweiten FI-Schutzschalters zum Ansprechen bringt.

2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Eisenkern eines Summenstromwandlers zwei Sekundärwicklungen angeordnet sind, von denen jede einem polarisierten Auslöserelais zugeordnet ist, derart, daß in Abhängigkeit von deren Polarisierung jeweils eine Halbwelle des von der in den Sekundärwicklungen induzierten Spannung hervorgerufenen Stromes das eine Relais, die andere Halbwelle das andere Relais zum Ansprechen bringt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Eisenkern eines Summenstromwandlers eine Sekundärwicklung angeordnet ist, welche zwei in Reihe geschaltete, gleichsinnig gewickelte polarisierte Auslöserelais speist, die jeweils entgegengesetzt polarisiert sind.

4. Anordnungen nach den Ansprüchen 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungssinn der Primär- und Sekundärwicklungen auf dem Kern des Summenstromwandlers, sowie Wicklungssinn der Auslöserelaisspulen und deren Polarisierung willkürlich gewählt werden können, wenn nur sichergestellt ist, daß für positives als auch negatives dI/dt in der Primärwicklung des Summenstromwandlers jeweils eines der Auslöserelais zum Ansprechen kommt.

L e e r s e i t e