DE3336697A1 - Anordnung bei einem fehlerstromschutzschalter mit vom netz gespeistem verstaerker im ausloeserkreis - Google Patents

Abstract

Bei einem Fehlerstromschutzschalter, dessen Auslöser seine Energie über einen zwischen wenigstens einem Phasenleiter (L1) und dem Nulleiter (N) eines Niederspannungs-Verteilernetzes mit Schutzleiter (PE) angeschlossenen elektronischen Verstärker (A) erhält, wird für den Fall einer Unterbrechung nur des Nulleiters (N) der gewünschte Differentialschutz erfindungsgemäß dadurch aufrechterhalten, daß der Verstärker (A) an den Nulleiter (N) über eine Gleichrichterdiode (D1) und ferner mit derselben Klemme an den Schutzleiter (PE) über eine gleichsinnig dazu gepolte weitere Gleichrichterdiode (D2) sowie eine zu dieser in Reihe liegende Glimmlampe (T) mit weit unter der Phasenspannung des Netzes liegender Zündspannung angeschlossen ist.

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Fehlerstromschutzschalter, deren Auslöser ihre Energie über einen elektronischen Verstärker erhalten, der zwischen wenigstens einem Phasenleiter und dem Nulleiter eines einen Schutzleiter auf v/eisenden Niederspannungs-Verteilungsnetzes angeschlossen sind, und betrifft eine Anordnund zur Gewährleistung des dem Fehlerstromschutzschalter obliegenden Differentialschutzes auch im Fall der Unterbrechung nur des Nulleiters.

Bei der Verwendung beispielsweise eines zweipoligen Fehlerstromschutzschalters dieser Art in einem einphasigen Niederspannungs. Verteilernetz sind drei Fälle von Leiterunterbrechungen denkbar:

(1) Wenn Phasen- und Nulleiter unterbrochen sind,

ist der Differentialschutz außer Funktion, jedoch besteht auch keine Unfallgefahr für den Fall einer Berührung des Phasenleiters durch Mensch oder Tier.

(2) Wenn nur der Phasenleiter unterbrochen ist, liegen die gleichen Verhältnisse wie bei (1) vor.

(3) Wenn hingegen nur der Nulleiter unterbrochen ist, ist zwar ebenfalls der Differentialschutz außer Funktion; die Gefahr von Unfällen mit möglicherweise tödlichem Ausgang ist jedoch in vollem Umfang vorhanden, da am Phasenleiter die volle Netzspannung weiterhin anliegt.

Die Schutzfunktion des Fehlerstromschutzschalters enthält demgemäß eine Lücke.

Ein denkbarer Weg zur Beseitigung dieser Lücke besteht darin, den Fehlerstromschutzschalter mit "positiver Sicherheit" auszubilden, d.h. ihn so einzurichten, daß er ausschaltet, wenn der Verstärker nicht mehr mit Strom versorgt wird. Dies hätte jedoch den Nachteil, daß jede vorübergehende Unterbrechung des Nulleiters und/oder des Phasenleiters durch die Ausschaltung aller betroffenen Differentialschutzeinrichtungen zu einer Dauerunterbrechung führen würde.

Die Hinzufügung einer Hilfsstromquelle wie einer Batterie oder eines Akkumulators würde zwar diesen Nachteil beseitigen, die Anlagen jedoch zugleich wesentlich verteuern.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung bei einem Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art zu treffen, die auch bei bloßer Unterbrechung des Nullleiters, ohne den Schalter dabei zu offenen, den vollen Differentialschutz aufrecht erhält.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verstärker an den Nulleiter über eine Gleichrichterdiode und ferner mit derselben Klemme an den Schutzleiter über eine gleichsinnig gepolte weitere Gleichrichterdiode sowie eine zu dieser in Reihe liegende Glimmlampe mit weit unter der Phasenspannung des Netzes liegender Zündspannung angeschlossen ist.

Mit der Erfindung wird bei einer Unterbrechung des Nulleiters automatisch die Energieversorgung für den Auslösekreis aufrecht erhalten, indem die Glimmlampe zündet und dadurch den Schutzleiter an die Stelle des unterbrochenen Nulleiters treten läßt. Hierzu sei daran erinnert,

daß der Schutzleiter in der Praxis an den Nullpunkt (Sternpunkt) des Transformators angeschlossen ist und sich demgemäß praktisch auf Nullpotential (bis auf Abweichungen um wenige Volt) befindet. Im Fall einer Unterbrechung des Nulleiters ohne gleichzeitige Unterbrechung des Phasenleiters wird die bis dahin den Stromfluß über die zweite Diode sperrende Glimmlampe infolge des Spannungsanstiegs an den Klemmen des stromlosen Verstärkers wie ein Ventil, das beim Erreichen der Zündspannung den Weg für den Strom durch den Auslöser zwischen Phasenleiter und Schutzleiter über die zweite Diode freigibt.

Die Erfindung ist mit den vorerwähnten Lösungsmerkmalen insbesondere geeignet zur Anwendung bei einem zweipoligen Fehlerstromschutzschalter in einem einphasigen Niederspannungs-Verteilungsnetz, das demgemäß nur einen Phasenleiter enthält. Bei dieser Anwendung kann es, insbesondere wenn der Fehlerstromschutzschalter in einem gerät eingebaut ist, das über ein symmetrisches Steckersystem an das Versorgungsnetz anschließbar ist, vorkommen, daß Nulleiter und Phasenleiter im Gerät miteinander vertauscht sind. Um auch für diesen Fall den gewünschten Differentialschutz bei bloßer Unterbrechung des Nulleiters zu gewährleisten, sind nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in beiden Anschlußleitungen des Verstärkers Gleichrichterdioden enthalten, und beide Klemmen des Verstärkers über je eine weitere gleichsinnig gepolte Gleichrichterdiode mit dazu in Reihe geschalteter Glimmlampe an den Schutzleiter angeschlossen sind.

Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf die Verwendung in einphasigen Wechseltrom-Verteilernetzen beschränkt, sondern läßt sich auch bei dreiphasigen Verteilernetzen anwenden.

Um bei einer solchen Anwendung auch den Fall durch den Differentialschutz zu erfassen, bei dem neben dem Nulleiter nur ein oder zwei beliebige Phasenleiter unterbrochen sind, ist nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung der Verstärker mit der anderen Klemme an alle drei Phasenleiter über je eine Gleichrichterdiode angeschlossen, wobei diese Gleichrichterdioden im Stern geschaltet und im gleichen Sinne gepolt sind.

In allen vorerwähnten Anwendungsfällen ist die Glimmlampe zweckmäßig eine Neonglimmlampe mit einer Zündspannung von etwa 80 V, die somit weit unter der üblichen Netzspannung von 22o V zwischen Phasenleiter und Nulleiter liegt und dadurch über eine genügend große Zeitspanne innerhalb der vom zweiten Gleichrichter hindurchgelassenen Stromhalbwelle den Verstärker mit Energie versorgt.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß benutzten Glimmlampe besteht ferner darin, daß diese im Fall der Unterbrechung des Nulleiters aufleuchtet und dadurch das Vorliegen einer Störung im Verteilernetz anzeigt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert» 2s zeigen:

Fig. 1: das Prinzipscnaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem zweipoligen Fehlerstromschutzschalter zur Versorgung eines Verbrauchers aus einem einphasigen Wechselstrom-Verteilernetz«

Fig. 2: eine abgeänderte Ausführungsform der

Schaltung nach Fig. 2 zur Verwendung insbesondere bei in Geräte eingebauten Fehlerstromschutzschaltern, die über umpolbare Stecker an das Verteilernetz anschiießbar sind, und

Fig. 3; das Prinzipschaltbild einer weiteren

Ausführungsform der Erfindung für einen vierpoligen Fehlerstromschutzschalter zum Anschluß eines Verbrauchers an ein dreiphasiges Wechselstrom-Verteilernetz.

In Fig. 1 sind mit L1 der Phasenleiter und mit N der Nullleiter eines einphasigen Wechselstrom-Verteilernetzes mit einer Netzspannung von beispielsweise 22o V bezeichnet, an das ein Verbraucher V über einen zweipoligen Fehlerstromschutzschalter mit Schaltkontakten C1 und C2 innerhalb von Anschlußleitern 1 und 2 angeschlossen ist. Der im übrigen nicht weiter gezeigte Fehlerstromschutzschalter hat einen bei S angedeuteten Summenstromwandler sowie einen sekundärseitig daran angeschlossenen (nicht gezeigten) Auslöserkreis, dem die erforderliche Energie über einen elektronischen Verstärker A zugeführt wird. Der Verstärker A ist mit einer Klemme unmittelbar an den Anschlußleiter und damit den Phasenleiter L1 des Netzes angeschlossen. Die andere Klemme des Verstärkers A ist mit einem Verzweigungspunkt X verbunden, der einerseits über eine Gleichrichterdiode D1 mit dem anderen Anschlußleiter 1 und damit dem Nulleiter N des Netzes und andererseits über eine gleichsinnig zur Gleichrichterdiode D1 gepolte weitere Gleichrichterdiode D2 und eine Glimmlampe T mit dem Schutzleiter PE des Netzes in Verbindung steht.

Die Glimmlampe T ist vorzugsweise eine Neon-Glimmlampe mit einer Zündspannung von etwa 80 V, wobei die Brennspannung etwa 65 V beträgt.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung arbeitet wie folgt:

Solange keine Störung im Netz vorliegt, wird parallel zu dem Verbraucher V der Gleichrichter A aus dem Netz L1/N mit Strom versorgt. Dieser Strom fließt über den Gleichrichter A und die Gleichrichterdiode D1, die nur jede zweite Stromhalbwelle hindurchläßt (Halbwellengleichrichtung). Der Stromfluß über die zweite Gleichrichterdiode D2 ist hingegen gesperrt, da der Verzweigungspunkt X beim Ansteigen der Spannung am Phasenleiter L1 in der zweiten Halbwelle über die Gleichrichterdiode D1 im wesentlichen auf Nullpotential und damit weit unterhalb der Zündspannung der Glimmlampe gehalten wird, während in der ersten Halbwelle die Gleichrichterdiode D2 einen Stromfluß durch die Glimmlampe T verhindert.

Tritt nun eine Unterbrechung des Phasenleiters L1 auf, gleichgültig ob auf diesen beschränkt oder zusammen mit einer Unterbrechung des Nulleiters N₇ so wird auch der Verstärker A stromlos, und der Differentialschutz tritt außer Funktion. Dies ist jedoch ohne Belang, da bei unterbrochenem Phasenleiter L1 ohnehin keine Unfallgefahr für Mensch oder Tier im Fall der Berührung des Leiters besteht.

Tritt hingegen eine Unterbrechung nur des Nulleiters N auf, wird in der zweiten Stromhalbwelle kein Strom über die Gleichrichterdiode D1 fließen, sondern stattdessen das Potential am Verzweigungspunkt X mit der Spannung am Phasenleiter L1 ansteigen, bis die Zündspannung der Glimmlampe T erreicht ist und diese zündet. Dadurch vermag auf diesem Wege Strom über den Verstärker zu fließen und hält die Energiezufuhr für den Auslöserkreis aufrecht.

Es versteht sich von selbst, daß die Glimmlampe derart bemessen sein muß, daß ihr Brennstrom den Leistungsanforderungen des Verstärkers im Auslösefall genügt. Desweiteren muß der Auslösekreis so bemessen sein, daß der Stromfluß in jeder zweiten Halbwelle nicht nur für den Normalfall zur Energieversorgung des Auslösekreises ausreicht, sondern diese auch gewährleistet ist, wenn bei unterbrochenem Nulleiter nur eine um die Brennspannung der Glimmlampe verminderte Spannung an den Klemmen des Verstärkers ansteht und sich die Dauer des Stromflusses in der zweiten Halbwelle auf den Zeitraum zwischen dem Erreichen der Zündspannung und dem Erlöschen der Glimmlampe beim Absinken der Spannung beschränkt.

Es leuchtet ein, daß die Schaltung nach Fig. 1 bei einer Unterbrechung des Nulleiters nur dann den gewünschten Differentialschutz gewährleistet, wenn der Anschlußleiter des Verbrauchers V an den Nulleiter N des Netzes angeschlossen ist. Falls der Fehlerstromschutzschalter jedoch in einem Gerät installiert ist, das über eine Kabel-Stecker-Verbindung an das Verteilernetz angeschlossen wird, können sich Schwierigkeiten ergeben. Manche Steckersysteme wie beispielsweise das französische und das schweizerische System gewährleisten aufgrund ihrer unsymmetrischen Ausbildung auch bei Anschluß über Kabel und Stecker stets die richtige Zuordnung der Anschlußleiter zu den Netzleitern. Bei symmetrischen Steckersystemen wie insbesondere dem deutschen Schuko-System ist diese Voraussetzung jedoch nicht erfüllt. Bei diesem System kann ebenso der Anschlußleiter 2 an den Phasenleiter L1 und damit der Anschlußleiter 1 an den Nulleiter angeschlossen werden. In diesem Fall wäre die in Fig. 1 gezeigte Dioden-Glimmlampen-Schaltung zur Gewährleistung des Differentialschutzes teilweise wirkungslos.

_ α —

Demgegenüber zeigt Fig. 2 eine Schaltung, bei welcher es gleichgültig ist, welcher Anschlußleiter 1, 2 an den Phasenleiter L1 bzw. den Nulleiter N angeschlossen ist. Diese Schaltung unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur dadurch, daß der Gleichrichter A auch mit seiner zweiten Klemme über eine Gleichrichterdiode D1' an den Anschlußleiter 1 angeschlossen ist und vor dieser Diode an einem Verzweigungspunkt X¹ eine Zweigleitung mit einer gleichsinnig gepolten weiteren Gleichrichterdiode D2¹ und einer Glimmlampe T¹ zum Schutzleiter PE abzweigt. Dadurch wird eine symmetrische Schaltung für den Anschluß des Verstärkers A an die Anschlußleiter 1, 2 geschaffen, für welche es gleichgültig ist, welcher Anschlußleiter 1, 2 mit dem Phasenleiter L1 bzw. den Nulleiter N verbunden ist.

Es bedarf jedoch der Beachtung, daß die beiden in Fig. 2 rechten Dioden D1' und D2¹ umgekehrt gepolt sein müssen zu den linken Dioden D1 und D2, damit überhaupt ein Strom durch den Verstärker A in einer der beiden Halbwellen der Netzspannung fließen kann.

Die Funktion der Schaltung nach Fig. 2 ist grundsätzlich die gleiche wie die der Schaltung nach Fig. 1. Bei einer Unterbrechung des Nulleiters N wird stets diejenige Glimmlampe T bzw. T¹ auf der Seite desjenigen Anschlußleiters zünden, der mit dem Nulleiter N verbunden ist, während auf der anderen Seite der Strom zum Verstärker A über die Diode DI bzw. D1' weiterfließt.

Fig. 3 zeigt schließlich eine Schaltung für einen vierpoligen Fehlerstromschutzschalter zur Verwendung in einem dreiphasigen Niederspannungs-Verteilernetz mit Nulleiter. Bei dieser Schaltung ist der Auslöser phasenseitig an alle drei Phasenleiter R, S, T über je eine Gleichrichterdiode D_R, D_, D_T angeschlossen,

- 1ο -

wobei diese Gleichrichterdioden im Stern geschaltet und im gleichen Sinne gepolt sind. Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei Unterbrechung von einem oder zwei Phasenleitern zusammen mit dem Nulleiter N der volle Differentialschutz erhalten bleibt.

-JU-

Leerseite -

Claims (4)

1. Patentansprüche

   V1./Anordnung bei einem Fehlerstromschutzschalter, dessen Auslöser seine Energie über einen elektronischen Verstärker erhält, der zwischen wenigstens einem Phasenleiter und dem Nulleiter eines einen Schutzleiter aufweisenden Niederspannungs-Verteilernetzes angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker (A) an den Nulleiter (N) über eine Gleichrichterdiode (D1) und ferner mit derselben Klemme an den Schutzleiter (PE) über eine gleichsinnig dazu gepolte weitere Gleichrichterdiode (D2) sowie eine zu dieser in Reihe liegende Glimmlampe (T) mit weit unter der Phasenspannung des Netzes liegender Zündspannung angeschlossen ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1 bei einem zweipoligen Fehlerstromschutzschalter, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Anschlußleitungen des Verstärkers (A) Gleichrichterdioden (D1, D1·) enthalten sind und beide Klemmen des Verstärkers (A) über je eine weitere gleichsinnig gepolte Gleichrichterdiode (D2 bzw. D2¹) mit dazu in Reihe geschalteter Glimmlampe (T bzw. T¹) an den Schutzleiter (PE) angeschlossen sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 bei einem mehrpoligen Fehlerstromschutzschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (A) mit der anderen Klemme an alle drei Phasenleiter (R, S, T) über je eine Gleichrichterdiode (DR, DS, DT) angeschlossen ist, wobei diese Gleichrichterdioden im Stern geschaltet und im gleichen Sinne gepolt sind.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Glimmlampen (T bzw. T¹) Neonlampen mit einer Zündspannung von etwa 8o Volt sind„