DE2802905C3

DE2802905C3 - Schutzschaltungsanordnung für Einphasenoder Mehrphasen-Stromnetze mit einem Fehlerstromschutzschalter und mit einem Schutzleiter

Info

Publication number: DE2802905C3
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: 1981-01-08
Also published as: DE2802905A1; DE2802905B2

Description

65 V
IR, = R_sw + R_E g -.

ist.

IO

FN

genügt, worin

Rsw der Widerstandswert des Schutzwiderstandes

(SW)una Ri der Erdungswiderstand des Schutzleiter (SL) in Ohm

sind und worin
Iin

der Nenn-Fehlerstrom des vorgeschalteten Fehlerstromschutzschalters (6)

25

iO

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

Die Erfindung geht aus von einer Schutzschaltungsanordnung für Einphasen- oder Mehrphasen-Stromnetze mit einem Fehlerstromschutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Schutzschaltungsanordnung ist zum Beispiel aus dem Lehr- 4i buch 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 jo Fehlerstromschutzschalter (Fl-Schutzschalter) vorhanden, über den sämtliche Zuleitungen einschließlich des Mp-Leiters geführt sind. Der Schutzleiter wird an dem Fl-Schutzschalter vorbeigeführt. Der Fl-Schutzschalter ist erfi Schloßschaiter mit Freiauslösung. Er enthält -,; einen Ring-Stromwandlt:r mit Eisenkern, durch den sämtliche Zuleitungen hindurchgeführt werden. Er wirkt als Summenstromwandler. Wenn infolge eines Körperschlusses mit einem Stromabfliiß beispielsweise über den Schutzleiter eine Ungleichheit der Ströme der einzelnen Zuleitungen Untereinander und/oder einer Zuleitung gegenüber dem /ty,-Leiter auftritt, wird in der Sekundärwicklung des Sürnmertstforhwahdlers eine Spannung induziert Wenn der von ihr erzeugte Strom einen bestimmten Grenzwert übersteigt, betätigt das in den Sekundärkfeis des Summenstromwandler!} eingeschaltete Auslöserelais den Schloßschalter und unter' bricht die über diesen geführten Zuleitungen. Dadurch wird das Bestehenbleiben zu hoher Berührungsspannungen verhindert

Wie die Erfahrung zeigt und wie auch in dem Buch von Hörnig/Schneider »Schutz durch VDE 0100«, J968 VDE-Verlag GmbH, Berlin, Seite 147/148, dargelegt ist können trotz einer solchen FI-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 dergleichen, 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 Widerstand in der Masseleitung dadurch sehr hoch wird, daß die Pole der Schweißstromleitungen unsachgemäß gehandhabt werden, oder etwa die Polklemme auf dem Gehäuse des Schweißgerätes liegenb'eibt oder auf Maschinen gelegt wi.d 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 »nschlußleitungen 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 Λ beitsmaschine ohne äußerlich er kennbare 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 I gelost.

Durch den zusätzlichen Schutzwiderstand in jeder der Anschlußleitungen werden über die Schutzleiter fließende vagabundierende Ströme auf Werte begrenzt, die die Anschlußleitungen und insbesondere die .Schutzleiter nicht gefährden F alls ein Schweißstromkreis nur über einen solchermaßen abgesicherten Schutzleiter ge schlossen ist. sind .Schweißarbeiten nicht möglich. Der Schweißer wird dann veranlaßt, nach der Ursache /u forschen und den Fehler zu beseitigen, sei es, daß er eine überhaupt nicht oder nur unsachgemäß angeschlossene Polklemme richtig anschließt öder 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 lOOOV (VDE 0100, §13 ... 14, 05.73) eingehalten. 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 teilh 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 Freileitung 4 mit den Phasen R, S, 7*und dem Null-Leiter Mp bis zu Hausanschlußsicherungen 5. Innerhalb des Betriebes ist im Anschluß an die Häusanschlußsicherungen 5 ein Fehlerstrom-Schutzschalter 6 vorhanden. Dieser weist einen Summen-Stromwandler auf, über den sämtliche innerbetrieblichen Stromleitungen vorn Stromversorgungsnetz getrennt werden, wenn Ungleichheiten in den Strömen der einzelnen Phasen untereinander und/oder einer jeden einzelnen Phase gegenüber dern 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.

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 festverlegte Anschlußleitung 11 ab. die zu einer Steckoose 12 führt. Die an die Phasen R, S. T angeschlossenen Adern der Zweigleitung sind durch Ausgangssicherungen 13 innerhalb des Verteilerschrank kes 7 zusätzlich einzeln abgesichert.

In der Zeichnung sind bei der Anschlußleitung 11 die Adern für die Phasen R. S. 7"und für den Null-Leiter Mp in der üblichen Weise zusammengefabt 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 mitein^e/ogen. 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 13 einschließlich des Schutzschalters SL ein Schweißstromumformer 16 primärseitig angeschlossen Sekundärseitig hat der Schweißstromumfor mer 16 /wci bewegliche Schweißstromleitungen 17 und 18. Diese enden in einer Polklemme 19 beziehungsweise in einer Schweißzange 20

Zum Schweißplalz 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 Metallgehäuse. Diese Handbohrmaschine 24 ist über eine bewegliche Anif'ilußleitung 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 ufr 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 SL der festverlegten Anschlußleitung 28 bis 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 Handbohrmaschine 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 .if dem Schweißstrornurnforrner 15 abgelegt dargestellt rfa 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 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 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 Schweißzange 20 sowie deren Schweißstromleitung 18 geschlossen. Erfahrungsgemäß tritt eine solche Situation in einem Schweißbetrieb mit einer größeren A nzahl von Schweißplätzen gar nicht so sehen auf. Es kann auch vorkommen, daß die Polklemme 19 nicht auf dem Sch-.eißstromumformer 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 Schweißstrom 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 Schutzleiter SL je ein Schutzwiderstand SW in Reihe geschaltet. Die Größe des .Schutzwiderstandes SlV ist so gewählt, daß sieder Bedingung

IR, = K_sll +■ R, %

65 V

genügt. Darin bedeuten:

Λμι = Widerstandswert des Schut/widerstandc. SW in Ohm:

/?f s Widerstandswert des Erdungswiderstandes des Schutzleiters SL in Ohm;

!γν = Nenn-Fehlerstrom (Auslösestrom) des vorgeschalteten Fehlerstrom-Schutzschalters 6 in Ampere.

_bj In den Fällen, in denen der Erdungswiderstand R₁ des Schutzleiters SL etwa an der Erdungsstelle 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 Rr verkleinert wird, um den Widerstandswert Rsw des Schutzwiderstandes SWausreichend 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 SW ausgerüstet werden, um mit Sicherheit zu vermeiden, daß vagabundierende Ströme nicht vom Schützleiter der einen Anschlußleitüng über den Schutzleiter der anderen Ahschlußleitung fließen können.

Die Leistunssaröße der Schutzwiderstände SW für

die Schutzleiter SL der einzelnen Anschlußleitungen müssen auf den Leistufigsweft abgestimmt sein, der sich aus den unvermeidlichen vagabundierenden Strömen ergibt. Derartige Widerstände haben im allgemeinen 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 welchem der Schutzwiderstand SW des Schutzleiters SL ohne Schwierigkeiten untergebracht werden kann. Palis das bei einer nachträglichen Umrüstung einer Stromversorgungsanlage nicht möglich ist, müssen die Schutzwiderstände in eigens in der Nähe der Steckdosen angebrachten Schubkästen untergebracht und einzeln mit den betreffenden Schutzleitern in Reihe geschaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschaltungsanordnung für Einphasenoder Mehrphasen-Stromnetze mit einem Fehlerstromschutzschalter und mit einem Schutzleiter, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder von dem Netz zu den angeschlossenen Verbrauchern (Schweißstromumformer 16; Handbohrmaschine 24) führenden Anschlußleitung (11, 28) in deren Schutzleiter (SL) je ein Schutzwiderstand (SW) eingeschaltet ist

2. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Schutzwiderslandes (SW) der Bedingung