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Fehlerstrom-Schutzschalter
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Empfindliche Fehlerstrom-Schutzschalter, d .h. Pl-Schalter mit einen
Auslösefehlerstrom von æ.B. 30 nA oder weniger, sind in der Lage, ca. 94 % der tödlichen
Stromunfälle bei Verbraucheranlagen zu verhindern (siehe Forschungsbericht "F 78"
der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Unfallforschung in Dortmund: 'Unfallverhütung
bei Stromverbraucheranlagen durch empfindliche Fehlerstrom-Schutzschalter").
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Obwohl diese Schutzschalter bereits seit 1965 im Handel sind, setzten
sie sich nicht im erwünschten Maße durch.
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Die Gründe dafür sind vielfältig. Gegenüber der Nullung benötigt die
Fehlerstrom-Schutzschaltung einen eigenen Erder, was mit einem erheblichen Aufwand
verbunden ist. Es ist bekannt, daß dieser Nachteil durch Verwendung des Nulleiters
als Schutzleiter beseitigt wird. Durch diese Maßnahme werden zusätzlich die Vorteile
der Nullung zur Wirkung gebracht: Geringere Berührungsspannung (ca.70 Volt, statt
220 V bei der FI-Schaltung) im Fehlerfalle bis zum Abschaltzeitpunkt und schnellere
Abschaltung bei leistungsstarken Netzen.
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Ein wesentlicher Nachteil der Nullung ist damit allerdings nicht beseitigt:
Wird vor dem PI-Schalter der Nulleiter mit dem Auflenleiter vertauscht oder erfährt
hier der Nulleiter eine Unterbrechung, dann wird über den Anlagenschutzleiter die
volle Netzspannung auf die angeschlossenen Metallgehäuse der Verbrauchergeräte übertragen.
Es sind Vorschläge bekannt, welche diesen Nachteil durch ständige Überwachung des
Nulleiters vermeiden. Erhält der Nulleiter durch irgend einen Fehler eine gefährliche
Spannung gegen Erde, so erfolgt eine Abschaltung.
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Ein weiterer Nachteil des FI-Schalters, insbesondere des EFI-Schalters,
ergibt sich bei Vorhandensein von zu hohen Ableit-oder Fehlerströmen, soweit sie
unterhalb der Kurzschlußströme
liegen. Während bei Anwendung der
Nullung in diesen Fällen keine Abschaltung und damit keine Betriebsunterbrechung
erfolgt, tritt sie bei Anwendung des Fehlerstrom-Schutzschalters schon auf. Je geringer
der Fehlerauslösestrom ist, umso häufiger ist mit solchen Betriebsunterbrechungen
zu rechnen. Diese Fehlerströme treten zwar nur bei einem relativ geringen Prozentsatz
der @inzelanlagen und hier meist auch zeitlich nur selten auf, doch diese Abschaltungen
bzw. die Angst davor, hindern viele Installstoure daran den Einbau von DFI-Schaltern
(Empfindlicher FI-Schalter) vorzunehmen.
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Zur Lösung dieses Problens wurde ein PI-Schalter vorgeschlagen, dessen
Fehleraualüsestrom durch den Benutzer von hehen (z.E. 0,5 A) bis herab auf ungefährliche
Werte (z.B. 30 nA) geregelt bzw. eingestellt werden kann. Diese egelbarkeit hat
sich jedoch nicht durchgesetzt. Dies liegt vermutlich daran, daß bei kurzzeitigen
Fehlern, auch bei starker binstellung noch Betriebsunterbrechungen auftreten, was
insbesondere in Industriebetrieben nachteilig ist und za Schäden führen kann.
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Zur Lösung dieses Problems ist ein FI-Schalter mit abschaltbarer Empfindlichkeit
vorgeschlegen werden.
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Die zitierten Teillösungen sind in Zusarmenhang mit dem angeführten
Teilproblemen entstanden und zuri Teil bai verschiedenen Schaltertypen auch reelisiert
werden. Auf diese Weise wur den zwar die betreffenden Schwierigkeiten für sich gelöst.
Da absr in der Praxis bei jeder Anlage, jede der erwähnten Scllwierigkeiten oder
alle zusarmen auftreten können, was allerdings relativ selten ist, konnte sich keine
der erwühnten Lösungen so durchsetzen, daQ sie allgemein Anwendung fand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Schwierigkeiten
zu lösen. Sie geht von einem Fchleretrom-Schutzschalter aus und ist gekennzeichnet
durch die Kombination folgender Nerkmale:
a) Der Fehlerstrom-Schutsschalter
besitzt an der Gehäuseaußenseite eine Anschlußstelle für den Anlagen-Schutzleiter
bzw.
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Anlagen-Schutzleiter und Anlagen-Erdungsleiter (z.B. Fundamenterder
mit Potentialausgleich).
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b) Von der Schutzleiteranschlußstelle führt ein Leiter in das Gehäuseinnere
und ist hier mit mindestens zwei, vorzugsweise drei apannungsabhängigen Widerständen
(Varistoren) verbunden. Die Enden dieser Widerstände sind über Je ein Schutz- oder/und
Zeitverzögerungsmittel (z.3.
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Heißleiter) mit je einem Außenleiter verbunden.
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c) Der im Schaltergehäuse befindliche Schutzleiter ist im Schaltergehäuse
entweder direkt oder über einen von außen bedienbaren Schalter, einer von außen
bedienbaren Kontaktverbindungsschraube oder einer ähnlichen von außen beeinflaßbaren
Schalteinrichtung mit dem Nulleiter bzw. M5ttelleiter an jener Leiterstelle verbunden,
die zwischen den Netz-Schaltkontakt und dem Summenstromwandler liegt, wobei der
Netz-Schaltkontakt in Netzrichtung liegt.
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d) Die Stärke des Auslösefehlerstromes kann in einem bestImmten Bereich,
vorzugsweise im Bereich von 10 bis 500 nA geregelt bzw. eingestellt werden, wobei
sich des dazu erforderliche Bedienungsorgan an der Außenseite des Schaltergehäuses
befindet.
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o) Es ist eine wahlweise Umstellung von Fchlorstrom-Schutzschaltung
auf ihillung und umgekehrt möglich, wobei sich das dazu erforderliche Bedienungsorgan
an der Außenseite des Schaltergehäuses befindet. Dies kann beispielsweise durch
Kurzschließen oderZund Unterbrechen des Summenstromwandler-Sekundärkreises geschehen.
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In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Einrichtungen
nach d) oder/und e) oder/und die obligate Einrichtung zur Prüfung der Funktionsfähigkeit
des Schalters kombiniert, so daß sie mit Hilfe eines einzigen Bedienungsorganes
betätigt werden können.
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Der erfindungsgemäße Fehlerstrom-Schutzschalter ermöglicht in allen
nur erdenklichen Einsatzfällen, durch die IEòglichkeit einer Anpassung an die gegebenen
Betriebsbedingungen, einen optimalen Berührungsschutz, insbesondere auch den Schutz
durch Abschaltung bei einem geringen und praktisch ungefährlichen Fehlerauslösestrom,
so daß bei direkter Berührung von spannungsführenden Leitern ein Schutz gegeben
ist.
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Bisher wurde, begründet oder unbegründet, bei den meisten Anlagen
auf den Schutz durch Abschaltung bei nicht tödlichen Fehlerströmen, d.h. auf die
Anwendung des empfindlichen Fehlerstron-Schutzschalters verzichtet, da man das Risiko
der damit verbundenen Stillegung der flektroanlage und der weiter damit verbundenen,
oft sehr langwierigen und keineswegs mit Erfolgsgarantie verbundenen Fehlersuche
nicht auf sich nehmen wollte. Aus diesem Grunde kam der empfindliche Fehlerstrom-Schutzschalter
(Fehlerauslösestrom 30 mA oder geringer) bei Millionen von Anlagen nicht zum Einsatz,
obwohl ein Großteil dieser Anlagen für diese Schalter geeignet wäre. Der erfindungsgemäße
Fehlerstrom-Schutzschalter ermöglicht in den wenigen Fällen, wo zu hohe Fehlerströme
zur Abschaltung führen, durch entsprechende Einstellung auf einen höheren Fehlerauslösestrom
oder im Extremfall durch Umschaltung auf die reine Nullung, eine sofortige Wiederinbetriebsetzung
der Anlage. Der Fehler, sofern er überhaupt von Dauer ist, kann dann zu einem späteren
Zeitpunkt gesucht werden. Nach Beseitigung des Fehlers kann der Schutzschalter wieder
auf einen ungefährlichen Fehlerauslösestrom zurückgestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, daß der erfindungsgemäße Fehlerstrom-Schutzschalter
nicht unbedingt einen eigenen Erder benötigt, d.h. er ist auch funktionsfähig, wenn
ein solcher nicht zur Verfügung steht oder wenn eine Unterbrechung der Erdungsleitung
erfolgt oder der Erdungswiderstand zu hoch ist. Von wesentlichem Vorteil ist weiter
die
Tatsache, daß der Schutzschalter abschaltet, wenn vor den Schutzschalter durch eine
Nulleiter/Außenleitervertauschung oder eine RTulleiterunterbrechrmg eine zu hohe
Berührungsspannung zum Schutzleiter geleitet wird.
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Der erfindungsgemäße Fehlerstrom-Schutzschalter ist nicht nur für
den Betrieb von großem Vorteil; er bietet auch für den Hersteller, dem Vertreiber
und dem Installateur insofern einen großen Vorteil, weil er die Typenvielfalt wesentlich
reduziert. Während bisher mehrere Typen mit verschiedenen Änslöseströmen (30 mA,
300 mA, 500 mA) hergestellt, vertrieben, auf Lager gehalten und installiert werden
mußten, ist jetzt nur mehr eine Type für jeden Nenn-Betriebsstrom erforderlich.
Durch den Erfindungsgedanken nach Position c) ist auch eineZweiteilung der Fehlerstrom-Schutzschalter
für jene Netze, bei denen die Nullung zugelassen ist (TN-Netze) und jene, bei denen
die Nullung nicht zugelassen ist (T-lTetze), vermieden.
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In der Zeichnung ist je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowohl
schaltungstechnisch als auch in seinem äußeren Erscheinung wiedergegeben.
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In Fig. 1 wird der Verbraucher (V), hier ein Wechselstromgerät, vom
Netztransformator (T) über den FI-Schalter (FI) gespeist. Der SI-Schalter besitzt
eine eigene Anschlußstelle 1, bei dem der Anlagen-Schutzleiter anzuschließen ist.
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Diese Schutzleiteranschlußstelle ist im Schalterinnern über Je eine
Reihenschaltung von Varistor (2,3 und 4) und Heißleiter (5,6 und 7) mit je einem
Außenleiter (8,9 und 10) verbunden.
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Im Schalterinnern ist der Schutzleiter 11 über eine einstellbare Leiterverbindungs-
oder Unterbrechungseinrich tung mit dem Nulleiter bzw. Mittelleiter verbunden und
zwar an jener Stelle, die zwischen dem Netz-Schaltkontakt 13 und dem Summenstromwandler
14 bzw. Sperrmagneten liegt.
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Im Sumnenstromwandler-Sekundärkreis liegt ein kombinierter Regeiwiderstand
mit hus- und Umschalter 15. In der Stellung 16, die mit einer Rückstellfeder ausgerüstet
ist, wird der Fehlerstrom-Schutzschalter auf Funktionsfähigkeit überprüft.
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In der Stellung 17 ist die höchste Empfindlichkeit (z.B.
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30 mA) eingestellt. Im Bereich zwischen 18 und 19 kann der gewünschte
Auslösefehlerstrom eingestellt werden. Inder Stellung 19 ist auf re le Nullung umgeschaltet.
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Wird der Fehlerstrom-Scutzschalter in einem Netz, bei dem die Nullung
nicht zugelassen ist, installiert, so muß vorher die bei 12 eingeschraubte Kontaktverbindungsschraube
zurückgeschraubt werden, danit die Verbindung des Schutzleiters mit dem Mittelleiter
unterbrochen wird. Nach Ahschluß der Erstinstallation wird der Kopf der Einstellschraube
vergossen, danit er für den Laien weniger zulänglich ist.
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Erfolgt bei der ersten Inbetriebsetzung des auf höchste Empfindlichkeit
eingestellten Schutzschalters eine Abschaltung, z.B. als Folge zu hoher Fehler-
oder Ableitströme bzw. wegen einer in der Anlage befindlichen Schutzleiter/ Mittelleiterverbindung,
so wird, wenn der Betriebs- bzw.
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Schaltfehler nicht sofort gesucht oder gefunden werden kann, mittels
15 ein entsprechend hoher Auslösefehlerstrom eingestellt bzw. auf reine Nullung
umgeschaltet. Auf diese Weise kann sofort der Betrieb aufgenommen werden, ohne daß
damit die Sicherheit geringer ist als bei Anwendung eines Fehlerstrom-Schutzschalters
mit gleichem Auslösefehlerstrom bzw. bei Anwendung der Nullung.
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Dasselbe gilt, wenn während des Betriebes eine Abschaltung erfolgt.
Der Anlagenbenutzer, d.h. also insbesondere auch jeder Laie, kann dann den Schutzschalter
entsprechend einstellen und den Betrieb sofort wieder fortsetzen. Der Fehler sollte
dann sobald wie möglich behoben werden, damit die Schutzfunktion des empfindlichen
Fehlerstrom-Schutzschalters wieder voll zur Wirkung kommen kann. Wird der
Fehlerstrom-Schutzschalter
bei der Installation falsch angeschlossen, z.B. durch AnschluS eines Außenleiters
29 an die Nulleiterklemme 20 und Anschluß des Netz-Nulleiters 28 an eine Außenleiterklemme
21, so schaltet der Fehlerstrom-Schutzschalter ab, weil die Varistoren 3 und 4 wegen
der überhöhten Spannungen ihren Widerstand drastisch verringern und auf diese Weise
ein künstlicher Fehlerstrom erzeugt wird. Die Abschaltung erfolgt auch dann, wenn
die Nulleiter/Außenleitervertauschung im Netz erfolgt oder dort eine Nulleiterunterbrechung
auftritt und über Verbrauchcrwiderstände eine zu hohe Berührungsspannung auf den
Schutzleiter übertragen wird. Der Einbau von drei Varistoren 5,6 und 7 (statt zwei)
geschieht weshalb, um auch bei Ausfall eines Außenleiters den Varistorschutz zu
gewährleisten.
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In Fig. 2 ist eine beispielsweise Darstellung der äußeren Erscheinungsform
des erfindungsgemäßen Fehlerstrom-Schutzschalters wiedergegeben.
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Die vom Netz kommenden Leiter werden an den Anschlußklemmen 20, 21,
22 und 23 angeschlossen, wobei die Anschlußklemme 20 für den Nulleiter bzw. Mittelleiter
dient. Die zur Anlage führenden Leitungen wurden bei den Klemmen 1, 24, 25, 26 und
27 angeschlossen, wobei die Klemme 24 für den Mittelleiter und die Klemme 1 für
den Schutzleiter dient. Der übliche Schalthebel 30 dient zur handbetätigten Ein-
und Ausschaltung des Schutzschalters. Das kombinierte Bedienungsorgan 15 dient zur
Regelung bzw. Einstellung des Auslösefehlerstromes (hier von 30 bis 500 mA), zur
Umschaltung auf die reine Nullung (hier Stellung "N") und zur Prüfung der Funktionssicherheit
des Schalters (hier Stellung "P").
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Das Bedienungsorgan 15 wirkt auf einen Regelwiderstand, der parallel
zur Sekundärwicklung des Summenstromwandlers geschaltet ist. Die Widerstandsbahn
dient zur Einstellung des Auslösefehlerstromes. Auf dem einen Ende wird der Widerderstand
kurzgeschlossen, womit die reine Nullung realisiert
ist. Bei der
entgegengesetzten Einstellung ist der Widerstand abgeschaltet, d.h. unendlich groß,
so daß hier der FI-Schalter auf seinen geringsten Auslösefehlerstrom eingestellt
ist. Eine Drehung über die Endstellung hinaus, die mit einer Rückstellfeder kombiniert
ist, schaltet den Prüfwiderstand hinzu.
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Die Stellschraube 31 wird bei der Erstinstallation vom Installateur
den Netzverhältnissen entsprechend auf m1Netz (wo die Nullung zugelassen ist) oder
TT-Netz (wo die Nullung nicht zugelassen ist) eingestellt und der Schraubenkopf
vergossen. Diese Schraube kann auch an einer anderen Stelle der Gehäuseaußenfläche
untergebracht werden, z.B.
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seitlich, in der Nähe des Sockels, so daß sie nur zugänglich wird,
wenn das Verteilergehäuse abmontiert wird.
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Die eingebauten Varistoren bieten nicht nur bei netzseitigen Fehlern
einen Schutz, sie bewirken auch bei anlagenseitigen bzw. bei gemischtseitigen Fehlern
eine sofortige Abschaltung und zwar dann, wenn im TT-Netz der Schalter 12 vorschriftsmäßig
auf"offen" eingestellt ist, die anlagenseitige Erdungsleitung unterbrochen ist oder
einen zu hohen Erdungswider stand hat und ein Körper- oder Schutzleiter/Außenleiterschluß
auftritt; im TT-Netz der Schalter 12 vorschriftswidrig auf "geschlossen" eingestellt
ist und bei nicht eingehaltener 1.
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Nullungsbedingung in der Anlage ein Xörper- oder Schutzleiter/Außenleiterschluß
auftritt; im TN-Netz der Schalter 12 vorschriftsmäßig auf "geschlossen" eingestellt
ist und bei nicht eingehaltener 1.
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Nullungsbedingung in der Anlage ein Körper- oder Schutzleiter/Außenleiterschluß
auftritt; im TN-Netz der Schalter 12 vorschriftswidrig auf "offen" eingestellt ist
und in der Anlage ein Körper- oder Schutzleiter/Außenleiterschluß auftritt.