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Schutzleiter-Schutzschaltung für Einpuaserl- urld llehrphasen-
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Stromnetze In Einphasen- und Mehrphasen-Stromnetzen lt Haushaltungen
und Büros sowie in Gewerbebetrieben werden die Einzelleitunqen stets durch Sicherungen
gesichert. Diese sollen verhindern, daß, beispielsweise bei einem Kurzschluß, die
Ströme in den Leitungen über die zulässigen Werte hinaus ansteigen und daß die dabei
entstehende Stromwärme die Leitungen zerstört und die Gebäude und die sonstigen
Anlagen, an denen die Leitungen verlegt sind, gefährdet oder ebenfalls zerstört.
Neben diesen Einzelsicherungen gibt es noch als zusätzliche Sicherungsart die sogenannte
Fehlerstrom-Schutzschaltung. Bei ihr ist ein Summen-Stromwandler vorhanden, der
bei Ungleichheiten in den Strömen der einzelnen Phasen untereinander und/oder jeder
einzelnen Phase gegenüber dem Null-Leiter eine Unterbrechung der Leitungen bewirkt,
wenn ein gewisser Anteil des Stromes einer der Phasen über die Erde oder über den
Schutzleiter abfließt. Dadurch wird das Bestehenbleiben zu hoher Berührungsspannungen
am Körper verhindert.
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In Schweißbetrieben oder in sonstigen Betrieben oder Privathauhalten
in denen dauernd oder vorübergehend ElektroschweiBarbeiten ausgeführt werden, kann
es vorkommen, daß die Pole der Schweißstromleitungen unsachgemäß gehandhabt werden
indem etwa die Polklemme auf dem Gehäuse des Schweißgerätes liegenbleibt oder auf
Maschinen gelegt wird oder mit sonstigen Anlageteilen in Berührung kommt, die entweder
elektrisch geerdet sind oder eine gute Erdverbindung haben. Wenn dann die Schweißarbeiten
mit der Schweißzange auf einem Arbeitstisch ausgeführt werden, auf dem daneben noch
ein Arbeitsgerät, zum Beispiel ein Winkelschleifer oder eine Handbohrmaschine, mit
einem geerdeten fletallgehause liegt oder wenn die Schweißstelle sich al einer geerdeten
.rla schiene oder an einem mit der Erde verbundetteri stählernen ßebäudeteil befindet,
kann der Fall eintreten, Fall die hohenSchweißströme zumindest streckenweise über
die Schut7leiler der Anschlußleitungen fließen und diese zerst(iren, ohrle daß der
Such'weißer im voraus diesen Umstand zu erkennen vermag und ohne da. der Fehlerstrom-Schutzschalter
anspricht. Dihei sind mcist auch die Gebäude gefährdet, an denen die Anschlußleitungen
verlegt sind.
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Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
diese Gefahrenquelle zu beseitigen.
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Durch den zusätzlichen Schutzwiderstand in jeder der Anschlußleitungen
werden die über die Schutzleiter fließenden vagabundierenden Ströme auf Werte begrenzt,
die die Anschlußleitungen nicht gefährden. Falls ein Schweißstromkreis nur über
eine solchermaßen abgesicherte Schutzleiter geschlossen ist, sind Schweißarbeiten
nicht möglich und der Schweißer wird veranlaßt, nach der ursache zu forschen und
den Fehler zu beseitigen, in dem er gegebenenfalls die Polklemme richtig anschließt.
Durch die Fehlerstrom-Sehutzschaltung wird daneben verhindert, daß infolge von Isolationsfehlern
in den Anschlußleitungen oder in den daran angeschlossenen Verbrauchern die Kurzschlußströme
in den einzelnen Adern der Anschlußleitungen zu groß werden und/oder zu hohe Berührungsspannungen
zu lange bestehen bleiben.
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Mit der Ausgestaltung der Schul-i rhaltung nach Anspruch 2 werden
die Bestimmungen des VDE für das Errichten von Starkstromanlagen mit Netzspannungen
bis 1000 V (VDE 0100, § 13 ... 14, 05.73) eingehalten. Mit der Ausgestaltung der
Schutzschaltung nach Anspruch 3 wird sichergestellt, daß die Schutzwiderstände in
den Anschlußleitungen auch im ungünstigsten Falle die von ihnen aufzunehmenden Stromleitungen
aushalten,ohne daß sie dabei beschädigt oder gar zerstört werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert, welches in der Zeichnung teils als Schaltplan und teils als schematisch
dargestellter Stromverbraucher wiedergegeben ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Elektro-Schweißbetrieb
und um dessen Stromversorqun von der Trafostation bis hin zu einem einzelnen Sehweißplstz
als Stromverbraucher.
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In einer Trafostation 1 beginnt die Stromversorgung des Schweißbetriebes
mit Drei-Phasen-Strom bei den Sekundärwicklungen 2 und geht über die noch in der
Trafostation 1 gelegenen Vorsicherungen 3 über eine Freileitung 4 mit den Phasen
R, S, T und dem Null-Leiter Mp bis zu Hausanschlußsicherungen 5. Innerhalb des Betriebes
ist im Anschluß an die Hausanschlußsicherungen 5 eine Fehlerstrom-Schutzschaltung
6 vorhanden. Diese weist einen Summen-Stromwandler auf, der sämtliche innerbetrieblichen
Stromleitungen vom Stromversorgungsnetz trennt, wenn Ungleichheiten in den Strömen
der einzelnen Phasen untereinander und/oder einer jeden einzelnen Phase gegenüber
dem Null-Leiter auftreten, wenn also ein gewisser Anteil des Stromes einer der Phasen
über die Erde oder über den Schutzleiter abfließt, und diese Ungleichheit einen
gewissen Wert überschreitet. Diese Fehlerstrom-Schutzschalist tung/beispielsweise
nach den Bestimmungen des VDE für das Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen
bis 1000 Volt, VDE 0100, § 13 ... 14, 05.73, ausgelegt.
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Im Anschluß an die Fehlerstrom-Schutzschaltung 6 ist ein Verteilerschrank
7 vorhanden, von dem aus ein Schweißplatz 8 versorgt wird. Außer den Phasen R, S,
T und dem Null-Leiter Mp ist noch ein an der Erdungsstelle 9 geerdeter Schutzleiter
SL in den Verteilerschrank eingeführt.
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Im Verteilerschrank 7 zweigt von der Versorgungsleitung 10 eine festverlegte
Anschlußleitung 11 ab, die zu einer Steckdose 12 führt. Die an die Phasen R, S,
T angeschlossenen Adern der Zweigleitung sind durch Ausgangssicherungen 13 innerhalb
des Verteilerschrankes 7 zusätzlich einzeln abyesichert.
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In der Zeichnung sind bei der Anschlußleitung 11 die Adern für die
Phasen R, S, T und für den Null-Leiter Dip in der üblichen Weise zusammengefaßt
dargestellt. Der Schutzleiter SL ist nur der Deutlichkeit halber getrennt davor
dargestellt. In Wirklichkeit ist die Ader für den Schutzleiter SL ebenso in das
Kabel der festverlegten Anschlußleitung 11 miteinbezogen. Das gilt auch für alle
anderen Leitungen, auf die anschließend noch eingegangen wird.
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An die fünfpolige Steckdose 12 ist über einen ebenfalls fünfpoligen
Stecker 14 und eine bewegliche Anschlußleitung 15 einschließlich des Schbtzleiters
SL ein Schweißstromumformer 16 primärseitig angeschlossen. Sekundärseitig hat der
Schweißstromumformer 16 zwei bewegliche Schweißstromleitungen 17 und 18.
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Diese enden in einer Polklemme 19 beziehungsweise in einer Schweißzange
20.
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Zum Schweißplatz 8 gehört neben dem Schweißstromumformer 16 noch ein
Schweißtisch 21 mit einer Arbeitsplatte 22 aus Stahl. Darauf liegt das zu schweißende
Werkstück 23. Auf dem Schweißtisch 21 liegt außerdem noch eine Handbohrmaschine
24 mit einem etallgehäuse. Diese Handbohrmaschine 24 ist über eine bewegliche Ein-Phasen-Anschlußleitung
25 und über einen Stecker 26 mit einer
Steckdose 27 verbunden. Das
MetaLlgehäuse der Handbohrmaschine 24 ist über den in der Anschlußleitung 25 einbezogenen
und nur der Deutlichkeit halber getrennt dargestellten Schutzleiter SL geerdet.
Die Steckdose 27 ist über eine festverlegte Anschlußleitung 28 im Schaltschrank
7 über eine Ausgangssicherung 29 an eine der Phasen, hier die Phase R, sowie an
den Null-Leiter Mp angeschlossen. Der Schutzleiter SL der Anschlußleitung 25 ist
über den Stecker 26 und die Steckdose 27 sowie über den Schutzleiter SL der festuerlegten
Anschlußleitung 28 bis hin zum Schbtzleiter SL der lnnerbetrieblichen Versorgungsleitung
10 durchgeführt. Anstelle der Handbohrmaschine 24 kann man sich ebensogut auch eine
Winkeischteifmaschite mit rletallgehäuse vorstellen, die möglicherweise noch häufiyer
als eine Handbohrmaschine an Schweißplätzen eingesetzt wird, um die Schweißnähte
zu säubern und die dann ebenfalls :lUS Bequemlichkeit auf dem Schweißtisch 21 abgelegt
ist.
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In der Zeichnung ist die Polklemme 19 an der Schweißstromleitung 17
absichtlich auf den Schweißstromumformer 16 abgelegt dargestellt, da dies in der
Praxis durchaus auftreten kann. In einem solchen Fall wäre normalerweise der Schweißstromkreis
von der Polklemme 19 über das Metallgehäuse des SchweiRstromumformers 16 und über
dessen Schutzleiter SL in der Anschlußleitung 15, über den Stecker 14 und die Steckdose
12, über den Schutzleiter SL der Anschlußleitung 11, über den Schutzleiter SL der
Versorgungsleitung 10 und von dieser aus wieder über den Schutzleiter SL der Anschlußleitung
28, über die Steckdose 27 und den Stecker 26 und sowie den Schutzleiter SL der Abschlußleitung
25 und über das Metallgehäuse der Handbohrmaschine 24, über die Arbeitsplatte 22
des Schweißtisches 21 und das darauf aufliegende Werkstück 23, über die Schweißelektrode
30 und die Schweißzange 20 sowie deren Schweißstromleitung 18 geschlossen. Erfahrungsgemäß
tritt eine solche Situation in einem Schweißbetrieb mit einer größeren Anzahl von
Schweißplätzen garnicht so selten auf. Es kann auch vorkommen,
daß
die Polklemme 19 nicht auf dem Schweißstromumformer sondern auf einer Maschine oder
einem Anlagenteil aus Stahl abgelegt wird, die beziehungsweise das geerdet ist oder
sonst wie eine gute Erdverbindung hat. Die Folge ist dann, daß die erwähnten Schutzleiter
SL durch den vollen Schweißstrom belastet sind und dadurch zerstört werden, weil
sie für diese hohen Stromstärken- nicht ausgelegt sind.
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Zur Vermeidung dieser Gefahrenquelle ist in jeder der Anschlußleitungen
11 und 28 im Schutzleiter SL je ein Schutzwiderstand SW in Reihe geschaltet. Die
Größe des Schutzwiderstandes SW ist so gewählt, daß sie der Bedingung #Ri = RSW
+ RE # 65V IFN genügt. Darin bedeuten: RSW = Widerstandswert des Schutzwiderstandes
SW in Ohm; RE = Widerstandswert des Frdungswiderstandes des Schutzleiters SL in
Ohm; 1FN = Nenn-Fehlerstrom (Auslösestrom) des vorgeschalteten Fehlerstrom-Schutzschalters
6 in Ampere.
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In den Fällen, in denen der Erdungswiderstand RE des Schutzleiters
SL etwa an der Erdungsstelle 9 verhältnismäßig hoch ist und er daher schon einen
verhältnismäßig großen Anteil an der Widerstandssumme Rj hat, dann ist dafür zu
sorgen, daß der Erdungswiderstand RE verkleinert wird, um den Widerstandswert RSw
des Schutzwiderstandes SW ausreichend groß bemessen zu können, damit die über den
Schbtzleiter SL fließendenvagabundierenden Ströme einen zulässigen Wert nicht überschreiten.
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Damit die erwähnte Schutzwirkung immer gewährleistet ist, ist darauf
zu achten, daß ausnahmslos bei jeder Anschlußleitung der Schutzleiter und ein solcher
Schutzwiderstand SW in Reihe geschaltet sind. Bei mehreren einander benachbarten
Steckdosen muß daher der Schutzleiter einer jeden einzelnen Steckdose mit einem
Schutzwiderstand
SW ausgerüstet werden, um mit Sicherheit zu vermeiden,
daß vagabundierende Ströme nicht vom Schutzleiter der einen Anschlußleitung über
den Schutzleiter der anderen Anschlußleitung fließen können.
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Die Le'stungsgröße der Schutzwiderstände SW für die Schutzleiter SL
der einzelnen Anschlußleitungen müssen auf den Leistungswert abgestimmt sein, der
sich aus den unvermeidlichen vagabundierenden Strömen ergibt. Derartige Widerstände
haben im allge-Meinen eine Größe und damit einen Raumbedarf, der meist über die
Größe der in Steckdosen vorhandenen Hohlräume hinausgeht. Daher ist es zweckmäßig,
die Anschlußleitung einer jeden Steckdose einschließlich ihres Schutzleiters ohne
Abzweigung bis zu einem Verteilerschrank zu führen, in velchem der Schutzwiderstand
SW des Schutzleiters SL ohne Schwierigkeiten untergebracht werden kann.
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Falls das bei einer nachträglichen Umrüstung einer Stromversorgungsanlage
nicht möglich ist, müssen die Schutzwiderstände in eigens in der Nähe der Steckdosen
angebrachten Schutzkästen untergebracht und-einzeln mit den betreffenden Schutzleitern
in Reihe geschaltet werden.