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Gerät zur Prüfung der Maßnahme Fehlerstromschutzchaltung
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Prüiung der Maßnahme Fehlerstrosschutzechaltung
in einem durch einen Pehlerstroschutzschalter geschützten Netz mittels einer den
Nittelleiter mit dem Außenleiter des Netzes verbindenden Reihenschaltung aus einem
Prüftaster und einem Spannungsteiler, an dessen Teilungspunkt der Schutzleiter angeschlossen
ist.
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Es sind Meßgeräte bekannt, mit denen der Erdungewiderstand, die Berührungespannung
und/oder weitere Größen in schutzgeerdeten Netzen gemessen werden können.Derartige
Meßgeräte eignen sich Jedoch nicht für einen ortsfesten Einbau, beispielsweise in
Haus installationen oder für einen Einsatz auf Baustellen, da die Bedienung dieser
Geräte Fachkräften vorbehalten ist.
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Aus der DT-AS 11 36 003 ist ein Vorschlag bekannt, an den Außenleiter
(Phase) und den Mittelleiter (§ulleiter) eines mit einem Fehlerstromschutzschalter
ausgerüsteten Netzes eine Reihenschaltung aus einem Prüfschalter mit Wischkontaktgabe
und einer Drossel mit einer Anzapfung, mit der der Schutzleiter verbunden ist, oder
statt der Drossel einen Spannungsteiler anzuschließen. Der zwischen der Anzapfung
der Drossel bzw. dem Teilungspunkt des Spannungsteilers und dem Mittelleiter liegende
Teilwiderstand ist so gewählt, daß an ihm
gerade die für den Menschen
zulässige Berührungsspannung von 65 V abfällt. Der andere Teilwiderstand soll so
bemessen sein, daß über ihn und den noch zulässigen Erdungswiderstand des Schutzleitere
ein Strom fließt, der gleich dem Auslösestrom des Fehlerstromschutzschalters oder
etwas größer ist. Der Fehlerstroischutzschalters soll ausgelöst werden, wenn der
Prüfschalter während einer der Auslösezeit des Pehlerstromschutzschalters entsprechenden
Zeitspanne betätigt wird und der Erdungswiderstand ausreichend klein ist. Die Größe
des zu einer Auslösung des Schutzschalters führenden Stromes kann Jedoch erheblich
von dem Nennfehlerstrom des Schutzschalters abweichen, so daß die mit der beschriebenen
Schaltung erzielte Aussage nicht genügend sicher ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu bedienendes,
handliches Prüfgerät iür ortsfesten Einbau oder in tragbarer Ausführung zu entwickeln,
das eine verläßliche Aussage ermöglicht, ob der Erdungswiderstand den zulässigen
Wert überschreitet.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Bemessung
der Teilwiderstände des Spannungsteilers der halbe Wert des Bennfehlerstromes des
Fehlerstromschutzschalters und ein unterhalb des zulässigen Wertes frei wählbarer
Grenzwert des Erdungswiderstandes zu Grunde gelegt sind und für den Teilwiderstand
zwischen dem Teilungspunkt und dem Mittelleiter ein Wert gewählt ist, der die Berührungsepannung
auf eine wesentlich kleinere als die zulässige Größe begrenzet. Dadurch wird erreicht,
daß während eines Prüfvorganges keiner der zu überwachenden Fehlerstromschutzechalter
ausgelöst wird, wenn der Erdungswiderstand den festgelegten Grenzwert überschreitet.
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Ein Fehlerstromschutzechalter, der erst durch den Xenniehlerstrom
ausgelöst wird, hat demnach zwar einen kleineren Grenzwert, Jedoch bedeutet das
eine Erhöhung der Sicherheit. rührt die Betätigung des Prüftasters nicht zu einer
Auslösung des Fehlerstromschutzschalters, dann ist der Erdungswiderstand zu
hoch,
gegebenenfalls der Schutzleiter unterbrochen. Auf Grund der Wahl eines Grenzwertes,
der kleiner als der zulässige Wert des Erdungswiderstandes ist, brauchen keine hohen
Anforderungen an die Genauigkeit der Meßwiderstände und an die Stabilität der Netzspannung
gestellt zu werden. Vorteilhafterweise entspricht der Grenzwert angenähert der Hälfte
des zulässigen Wertes des Erdungewiderstandes. Ferner ist es von Vorteil, zwischen
dem Prüftaster und dem Spannungsteiler sowie zwischen dem Teilungspunkt und dem
Schutzleiter Je einen Schalter eines durch Betätigung des Prüftasters anregbaren
Zeitgliedes anzuordnen.
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Durch die Begrenzung der Prüfzeit läßt sich die Verwendung von Spannungsteilerwiderständen
hoher Leistung vermeiden.
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An Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.
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Nach Figur 1 ist der Außenleiter L eines Netzes, das mit einem nicht
dargestellten Fehlerstromschutzschalter ausgerüstet ist, über eine Reihenschaltung
aus einem Prüftaster T, dem Schalter 1.1 eines Relais 1 und einem aus den Widerständen
Rp und R8 gebildeten Spannungsteiler mit dem Mittelleiter N des Netzes verbunden.
An den Teilungepunkt 2 des Spannungsteilers ist über einen weiteren Schalter 1.2
des Relais 1 der Schutzleiter PE angeschlossen. Ein weiterer Spannungsteiler aus
den Widerständen R1 und R2 ist durch Betätigung des Prüftasters an das Netz anschließbar
(gestrichelt gezeichnete Stellung).
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Ein Gleichrichter 3 zur Gleichspannungsversorgung einer aus dem Relais
1 und einem Kondensator C gebildeten Parallelschaltung ist an den Teilwiderstand
R2 des weiteren Spannungsteilers angeschlossen. Der Kondensator ist vorteilhafterweise
so bemessen, daß das Relais mit einer Verzögerung abfällt, die der vorgeschriebenen
Auslösezeit von maximal 0,2 s des Fehlerstromschutzschalters entspricht. Durch Betätigung
des Prüftasters zieht das Relais an, die Prüfung beginnt Jedoch erst, wenn der Prüftaste
in seine Ruhelage zurückgekehrt ist.
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Von diesem Zeitpunkt an bis zum Ablauf der Verzögerungszeit fließt
der Prüfstrom.
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Figur 2 zeigt ein weiteres Beispiel eines Prüfgerätes mit Prüfzeitbegrenzung.
Die Schaltung unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten dadurch, daß der
Kondensator mit parallel geschaltetem Widerstand R3 und das Relais in Reihe geschaltet
sind und daß der Prüftaster T mit einem Öffner 4 mechanisch gekoppelt ist, der die
Parallelschaltung aus dem Widerstand R3 und dem Kondensator C unterbricht, solange
der Prüftaster betätigt wird. Außerdem sind die beiden Spannungsteiler durch den
Prüftaster an den Außenleiter anschließbar.
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Werden der Prüftaste und damit auch der Öffner 4 betätigt, zieht das
Relais huber den Ladestrom des Kondensators an und schließt die Schalter 1.1 und
1.2. Der Prüfvorgang ist beendet, sobald der Kondensator aufgeladen ist und dadurch
das Relais abfällt. Mit der Rückkehr des Prüftasters und des Öffners in ihre Ruhelage
entlädt eich der Kondensator über den Widerstand R3. Der Prüfvorgang ist somit unabhängig
von der Betätigungsdauer des Prüftastere.
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Während die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Schaltungen des Prüfgerätes
sich nur für eine durch den Nennfehlerstrom gegebene Ausführung eines Fehlerstromschutzschalters
eignen, und zur laufenden Überwachung des Erdungswiderstandes beispielsweise in
einer Anlage fest installiert werden können, zeigt Figur 3 die Schaltung eines tragbaren
Prüfgerätes, das in Verbindung mit Fehlerstromschutzschaltern mit unterschiedlichen
Nennfehlerströmen verwendet werden kann. Diese Schaltung entspricht im Prinzip der
Schaltung nach Figur 2.
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Jedoch sind an Stelle Je eines Teilwiderstandes Rp und R8 mehrere,
beispielsweise vier, entsprechend den unterschiedlichen Bennfehlerströmen bemessene
Teilwiderstände Rp1 bis Rp4 bzw. R51 bis Rs4 vorgesehen, so daß mittels mechanisch
verbundener Wahlschalter 5, 6 das Jeweils erforderliche Spannungsteilerverhältnis
hergestellt werden kann. Damit eine Prüfung nur dann möglich ist, wenn das Prüfgerät
mit richtiger Polung an das Netz angeschlossen ist, enthält die Schaltung ferner
eine Glisslampe 7, die zwischen den mit dem Außenleiter zu
verbindenden
Leiter 9 und den Schutzschelter geschaltet ist und ein weiteres Relais 8, das an
den Schutzleiter und an den mit dem Mittelleiter zu verbindenden Leiter 10 angeschlossen
ist. Je ein Schalter 8.1 und 8.2 de Relais 8 unterbricht bei falscher Polung den
Leiter 9 bzw. 10, während bei richtiger Polung die Glimmlampe leuchtet. Vorteilhafterweise
ist die Zuleitung zum Betz über einen Adapter geführt, an den der Schutzleiter PE
getrennt anschließbar ist.
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Der Bemessung der Teilwiderstände Rp und R5 des Spannungsteilers ist
zur Erzielung einer möglichst hohen Sicherheit der halbe Wert des für den Jeweiligen
Fehlerstromschutzschalter angegebenen Bennfehlerstrones zugrunde gelegt, da der
eine Auslösung des Schutzschalters bewirkende Pehlerstrom zwischen dem halben und
dem vollen Nennfehlerstroischwanken kann.
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Durch das Verhältnis der Teilwiderstände des Spannungsteilers ist
ein Grenzwert für den Erdungewiderstand innerhalb eines vorgegebenen, durch den
zulässigen Erdungswiderstand begrenzten Bereiches festgelegt. Das festgelegte Verhältnis
gilt dann nur für Fehlerstromschutzschalter, deren Nennfehlerstrom dieselbe Größe,
beispielsweise 0,5 A hat.
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Das Meßprinzip der Schaltungen nach den Figuren 1 bis 3 beruht daraui,
daß der Fehlerstrom von einer den Grenzwert überschreitenden Größe des Erdungswiderstandes
an so niedrig wird, daß er nicht mehr ausreicht, den Pehlerstroischutzschalter auszulösen.
Pür den Prüfvorgang lassen sich daraus iolgende Kriterien ableiten: 1.) Der Fehlerstrouchutzschalter
löst aus, wenn der Erdungswiderstand kleiner als der Grenzwert ist.
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2.) Der Fehlerstromschutzschalter löst nicht aus, wenn der Erdungewiderstand
größer als der Grenzwert ist.
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Aus der dem Meßprinzip zugrunde liegenden Schaltung, die aus dem Spannungsteiler
und dem an dem Teilungspunkt angeschlossenen Erdungswiderstand RE besteht, lassen
sich folgende Beziehungen ableiten:
Darin bedeuten: 1p den durch den Widerstand Rp fließenden Strom, der sich aus den
über den Erdungswiderstand RE fließenden Strom und dem den Widerstand Rs durchfließenden
Strom zusammensetzt, und U die an den Spannungsteiler angelegte Netzspannung.
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Die Werte für die Widerstände Rp und Rs werden nach der Beziehung
3 bestimmt, indem fUr RE der gewählte Grenzwert des Erdungswiderstandes und für
IF der Wert des Fehlerstromes, bei dem diese Grenze erreioht werden soll, also die
Hälfte der Größe des Nennfehlerstromes, eingesetzt werden.
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Die iür den Menschen zulässige Berührungsspannung ist zurzeit auf
65 V, iür Tiere auf 24 V festgelegt. Damit ergibt sich beispielsweise für einen
Fehlerstromschutzschalter mit einen Nennfehlerstrom IFN = 0,5 A als zulässiger Erdungswiderstand
ein Wert von 130 Ohm bzw. 48 Ohm. Unter Zugrundelegung einer Netzspannung von 220
V, eines Grenzwertes von 70 Ohm für den Erdungswiderstand und eines Fehlerstromes
von 0,25 A = IFN/2 ergeben sich z.B. folgende Kombinationsmöglichkeiten iür die
Widerstände Rp und R9.
| R # 70 50 20 10 |
| R# 405 557 180 1w |
In Figur 4 ist der Fehlerstrom für diese Kombination in Abhängigkeit
vom Erdungswiderstand aufgetragen. Wie aus der graphischen Darstellung hervorgeht,
nimmt mit zunehmender Steilheit der Kurven der Abstand zwischen den Schnittpunkten
der einzelnen Kurven mit der den Nennfehlerstrom IFN kennzeichnenden Linie und dem
gemeinsamen Schnittpunkt bei dem halben Nennfehlerstrom IFN/2 und damit die Differenz
zwischen den zugeordneten Werten des Erdungswiderstandes ab. Der von der Auslösegenauigkeit
der Fehlerstromschutzschalter abhängige Toleranzbereich ist damit für die Kurve
mit der größten Steigung am kleinsten. Allerdings tritt dabei ein relativ hoher
Prüfstrom 1p auf, wie Figur 5 zeigt, in der die Ströme Ip, I9 und sowie die Berührungsspannung
UB in Abhängigkeit vom Erdungswiderstand graphisch dargestellt sind. Zweckmäßigerweise
wird das Verhältnis der Widerstände R8 : Rp und damit die Steigung der die Abhängigkeit
des Fehlerstromes vom Erdungswiderstand darstellenden Kurve (Figur 4) so gewählt,
daß für den sich ergebenden Prüfstrom noch Widerstände geringer Leistung, beispielsweise
10 W, verwendet werden können. Wenn in Verbindung mit dem als Beispiel gewählten
Fehlerstromschutzschalter mit einem Nennfehlerstroa von 0,5 A ein Prüfgerät entsprechend
den Figuren 1 bis 3 verwendet wird, bestehen wegen der Prüfzeitbegrenzung auf 0,2
s keine Bedenken gegen den Einsatz von Widerständen für eine Leistung von 10 W.
Die während eines Prüfvorganges auftretende Bertihrungsspannung UB = U . R8/(Rp
+ R ) wird auf ungefährliche Werte begrenst.
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s p s Der Maximalwert, den sie bei unendlich hohem Erdungswiderstand
annimmt, ist in Jedem Fall kleiner als der nach den Vorschriften zulässige Wert
(Figur 5).
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6 Patentansprüche 5 Figuren