DE2802905B2

DE2802905B2 - Schutzschaltungsanordnung für Einphasenoder Mehrphasen-Stromnetze mit einem Fehlerstromschutzschalter und mit einem Schutzleiter

Info

Publication number: DE2802905B2
Application number: DE19782802905
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7122 Besigheim Duerrstein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-24
Filing date: 1978-01-24
Publication date: 1980-05-14
Also published as: DE2802905C3; DE2802905A1

Description

ΛΚ_; = R_sw + R_Ei

65 V

20

genügt, worin

Rsw der Widerstandswert des Schutzwiderstandes

(SW)und Rf der Erdungswiderstand des Schutzleiters (SL) _>r in Ohm

sind und worin

Iin der Nenn-Fehlerstrom des vorgeschalteten Fehlerstromschutzschalters (6)

JO

3. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsgröße des Schutzwiderstandes (SW) mindestens gleich dem Leistungswerl ist, der sich aus den r> vagabundierenden Strömen ergibt.

Die Erfindung geht aus von einer Schützschaltungsanordnung für Einphasen- oder Mehrphasen-Stromnetze mit einem Fehlerstromschutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Schutzschaltungsanordnung ist zum Beispiel aus dem Lehrbuch von Hille/Schneider »Fachkunde für Elektroberufe«. 1975, Verlag B. G. Teubner, Stuttgart, Seite 327, bekannt. Bei dieser Schutzschaltungsanordnung sind die Leitungen zu den verschiedenen Verbrauchern einzeln durch Sicherungen abgesichert. Daneben ist ein Fehlerstromschutzschalter (Fl-Schutzschalter) vorhanden, über den sämtliche Zuleitungen einschließlich des Μ,,-Leiters geführt sind. Der Schutzleiter wird an dem Fl-Schutzschalter vorbeigeführt. Der Fl-Schutzschalter ist ein Schloßschalter mit Freiauslösung. Er enthält einen Ring-Stromwandler mit Eisenkern, durch den sämtliche Zuleitungen hindurchgeführt werden. Er wirkt als Summenstromwandler. Wenn infolge eines Körperschlusses mit einem Stromabfluß beispielsweise über den Schutzleiter eine Ungleichheit der Ströme der einzelnen Zuleitungen untereinander und/oder einer Zuleitung gegenüber dem M_n-Le\ler auftritt, wird in der Sekundärwicklung des Summenstromwandler eine Spannung induziert. Wenn der von ihr erzeugte Strom einen bestimmten Grenzwert übersteigt, betätigt das in den Sekundärkreis des Summenstromwandler eingeschaltete Auslöserelais den Schloßschalter und unterbricht die über diesen geführten Zuleitungen. Dadurch

4(1 wird das Bestehenbleiben zu hoher Berührungsspannungen verhindert

Wie die Erfahrung zeigt und wie auch in dem Buch von Hörnig/Schneider »Schutz durch VDE 0100«, 1968, VDE-Verlag GmbH, Berlin, Seite 147/148, dargelegt ist, können trotz einer solchen Fl-Schutzschaltung zum Beispiel in Schweißbetrieben oder in sonstigen Betrieben oder Privathaushalten, in denen dauernd oder vorübergehend elektrisch geschweißt wird. Gefahren durch sogenannte vagabundierende Ströme entstehen. Wenn im Bereich der Schweißanlage mit beweglichen, elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen, wie Handbohrmaschinen, Winkelschleifer und derg^;eichen, gearbeitet wird, die genullt sind oder an der Wasserleitung angeschlossen oder in Verbindung mit dieser geerdet sind, kann der Schutzleiter dieser Arbeitsmaschinen zu einem Teil der Schweißleitung werden. Das tritt dann ein, wenn der Massekontakt weit von der Schweißstelle entfernt angebracht wird, und wenn ein mehr oder minder großer Widerstand auf dem Wege über die Masse zur Schweißstelle vorhanden ist, oder wenn der Widei stand in der Masseleitung dadurch sehr hoch wird, daß die Pole der Schweißstromleitungen unsachgemäß gehandh?.bt werden, oder etwa die Polklemme auf dem Gehäuse des Schweißgerätes liegenbleibt oder auf Maschinen gelegt wird oder mit sonstigen Anlageteilen in Berührung kommt die entweder geerdet sind oder eine gute Erdverbindung haben. Dann kann ein beträchtlicher Teil der hohen Schweißströme zumindest streckenweise über die Schutzleiter der Anschlußleitungen der Arbeitsmaschinen fließen, ohne daß der Schweißer das im voraus zu erkennen vermag oder beim Auftreten sofort bemerken muß. Der Fl-Schutzschalter spricht auf diese vagabundierenden Ströme nicht an. Durch diese hohen vagabundierenden Ströme werden jedoch die Schutzleiter der Arbeitsmaschinen überlastet und zerstört. Dabei sind meist auch die Gebäude gefährdet, an denen die Anschlußleitungen verlegt sind. Besonders heimtückisch ist ein solcher Schaden dann, wenn er nicht an der Anschlußleitung deutlich sichtbar auftritt, sondern wenn er etwa innerhalb einer Steckverbindung der Anschlußleitung als Schmorstelle des Schutzleiters vorliegt und dadurch die betreffende Arbeitsmaschine ohne äußerlich erkennbare Anzeichen ohne Schutzleiter benutzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Schutzleiter in Ein- oder Mehrphasenstromnetzen eine Schutzschaltung zu schaffen, durch die die Schutzleiter gegen vagabundierende Ströme geschützt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst

Durch den zusätzlichen Schutzwiderstand in jeder der Anschlußleitungen werden über die Schutzleiter fließende vagabundierende Ströme auf Werte begrenzt, die die Anschlußleitungen und insbesondere die Schulzleiter nicht gefährden. Falls ein Schweißstromkreis nur über einen solchermaßen abgesicherten Schutzleiter geschlossen ist, sind Schweißarbeiten nicht möglich. Der Schweißer wird dann veranlaßt, nach der Ursache zu forschen und den Fehler zu beseitigen, sei es, daß er eine überhaupt nicht oder nur unsachgemäß angeschlossene Polklemme richtig anschließt oder sei es, daß er sonstwie für eine gute Masseleitung sorgt.

Mit der Ausgestaltung der Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 2 werden die Bestimmungen des VDE für das Errichten von Starkstromanlagen mit Netzspannungen bis 1000 V (VDE 0100, § 13 ... 14, 05.73) cingehi'ten. Mit der Ausgestaltung der Schutz-

schaltungsanordnung nach Anspruch 3 wird sichergestellt, daß die Schutzwiderstände in den Anschlußleitungen auch im ungünstigsten Falle die von ihnen aufzunehmenden Ströme aushalten, ohne daß sie dabei beschädigt oder gar zerstört werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches in der Zeichnung teils als Schaltplan und teils als schematisch dargestellter Stromverbraucher wiedergegeben ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Elektro-Schweißbetrieb und um dessen Stromversorgung von der Trafostation bis hin zu einem einzelnen Schweißplatz als Stromverbraucher.

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 Freileitung4 mit den Phasen R, S, Tund dem Null-Leiter Mp bis zu Hausanschlußsicherungen 5. Innerhalb des Betriebes ist im Anschluß an die Hausans; hlußsicherun- gen 5 ein Fehlerstrom-Schutzschalier 6 vorhanden. Dieser weist einen Summen-Stromwandler auf, über den sämtliche innerbetrieblichen Stromleitungen vom Stromversorgungsnetz getrennt werden, 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 Phaser über die Erde oder über den Schutzleiter abfließt, und diese Ungleichheit einen gewissen Wert überschreitet.

Im Anschluß an den Fehlerstrom-Schutzschalter 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.

Im Verteilerschrank 7 zweigt von der Versorgungsleitung 10 eine fcstvcrlcgte 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 abgesichert.

In der Zeichnung sind bei der Anschlußleilung 11 die Adern für die Phasen R. S, Tund für den Null-Leiter Mp in der üblichen Weise zusammengefaßt dargestellt. Der Schutzleiter SL ist nur der Deutlichkeit halber getrennt davon dargestellt. In Wirklichkeit ist die Ader für den Schutzleiter SL ebenso in das Kabel der festverlegten Anschlußleitung 11 miteinbczogen. Das gilt auch für alle anderen Leitungen, auf die anschließend noch eingegangen wird.

An die fünfpolige Steckdose 12 ist über einen ebenfalls fünfpoligen Stecker 14 und eine bewegliche Anschlußleitung 15 einschließlich des Schutzschalter SL ein Schweißstromumformer 16 primärseitig angeschlossen. Sekundärseitig hat der Schweißstromumformer 16 zwei bewegliche Schweißstromleitungen 17 und 18. Diese enden in einer Polklemme 19 beziehungsweise in einer Schweißzange 20.

Zum Schweißplatz 8 gehört neben dem Schweißstromuinformer 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 Metallgehäuse. Diese Handbohrmaschine 24 ist über eine bewegliche 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 Verteilerschrank 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 SZ. der festverlegten Anschlußleitung 28 bis id hin zum Schutzleiter SL der innerbetrieblichen Versorgungsleitung 10 durchgeführt. Anstelle der Handbohrmaschine 24 kann man sich ebensogut auch eine Winkelschleifmaschine mit Metallgehäuse vorstellen, die möglicherweise noch häufiger als eine Handbohrmar> schine an Schweißplätzen eingesetzt wird, um die Schweißnähte zu säubern und die dann ebenfalls aus Bequemlichkeit auf dem Schweißtisch 21 abgelegt ist.

In der Zeichnung ist die Polklemme 19 an der Schweißstromleitung 17 absichtlich auf dem Schweißen stromumformer 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 Schweißstromumformers 16 und über dessen Schutzleiter SL in .'τ der Anschlußleitung 15, über den Stecker 14 und die Steckdose 12, über den Schutzleiter SZ. 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 in den Stecker 26 und sowie den Schutzleiter SL der Anschlußleitung 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 r. Schweißzange 20 sowie deren Schweißstromleitung 18 geschlossen. Erfahrungsgemäß tritt eine solche Situation in einem Schweißbetrieb mit einer größeren Anzahl von Schweißplätzen gar nicht so selten auf. Es kann auch vorkommen, daß die Polklemme 19 nicht auf dem w Schweißstromuinformer sondern auf einer Maschine oder einem Anlagenteil aus Stahl abgelegt wird, die beziehungsweise das geerdet ist oder sonstwie eine gute Erdverbindung hat. Die Folge ist dann, daß die erwähnten Schutzleiter Sl. durch den vollen Schweiß-•t'i strom belastet sind und dadurch zerstört werden, weil sie für diese hohen Stromstärken nicht ausgelegt sind.

Zur Vermeidung dieser Gefahrenquelle ist in jeder

der Anschlußleitungen 11 und 28 im Schulzleiter SL je ein Schutzwiderstand SlV in Reihe geschaltet. Die

-,o Größe des Schutzwiderstandes SW ist so gewählt, daß sieder Bedingung

,o _ „ , „ < 65V 'fs

genügt. Darin bedeuten:

/?sn = Widerstandswert des Schutzwiderstandes SW in Ohm:

Rr = Widerstandswert des Erdungswiderstandes des ^h" Schutzleiters SL in Ohm;

IfN — Nenn-Fehlerstrom (Auslösestrom) des vorgeschalteten Fehlerstrom-Schutzschalters 6 in Ampere.

_h-, In den Fällen, in denen der Erdungswidersüind R₁ des Schutzleiters SZ. etwa an der F.rdungsstelle 9 verhältnismäßig hoch ist und er daher schon einen verhältnismäßig großen Anteil an der Widerstandssumme R hat.

dann ist dafür zu sorgen, daß der Erdungswiderstand R_t verkleinert wird, um den Widerstandswert Rsw des Schutzwiderstandes SlVausreichend groß bemessen zu können, damit die über den Schutzleiter SL fließenden vagabundierenden Ströme einen zulässigen Wert nicht überschreiten.

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 51V ausgerüstet werden, um mit Sicherheit zu vermeiden, daß vagabundierende Ströme nicht vom Schutzleiter der einen Anschlußlei- <üng über den Schutzleiter der anderen Anschlußieiiung fließen können.

Die Leistungsgröße der Schutzwiderstände SW für die Schutzleiter SL der einzelnen Anschlußleitungci müssen auf den Leistungswert abgestimmt sein, der siel aus den unvermeidlichen vagabundierenden Strömet ergibt. Derartige Widerstände haben im allgemeine!

^r> eine Größe und damit einen Raumbedarf, der meist übei die Größe der in Steckdosen vorhandenen Hohlräume hinausgeht. Daher ist es zweckmäßig, die Anschlußlei tung einer jeden Steckdose einschließlich ihres Schutz leiters ohne Abzweigung bis zu einem Verteilerschranl·

to zu führen, in welchem der Schutzwiderstand SW de; Schutzleiters SL ohne Schwierigkeiten untergebracht werden kann. Falls das bei einer nachträglicher Umrüstung einer Stromversorgungsanlage nicht möglich ist, müssen die Schulzwiderstände in eigens in dei Nähe der Steckdosen angebrachten Schutzkäster untergebracht und einzeln mit den betreffender Schutzleitern in Reihe geschaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschaltungsanordnung für Einphasenoder Mehrphasen-Stromnetze mil einem Fehler-Stromschutzschalter und mit einem Schutzleiter, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder von dem Netz zu den angeschlossenen Verbrauchern (Schweißstromumformer 16; Handbohrmaschine 24) führenden Anschlußleitung (U, 28) in deren i< > Schutzleiter (SL) je ein Schutzwiderstand (SW) eingeschaltet ist

2. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Schutzwiderstandes (SW)azr Bedingung ι ·>