DE3336697C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung bei einem Fehlerstromschutzschalter, dessen Auslöser sein Auslösesignal über einen elektronischen Ver­ stärker erhält, der zu seiner Stromversorgung zwischen wenig­ stens einem Phasenleiter und dem Nulleiter eines einen Schutz­ leiter aufweisenden Niederspannungs-Verteilungsnetzes angeschlos­ sen sind, und betrifft eine Anordnung zur Gewährleistung des dem Fehlerstromschutzschalter obliegenden Differentialschutzes auch im Fall der Unterbrechung nur des Nulleiters.

Ein solcher Fehlerstromschutzschalter ist aus der US-PS 40 20 394 bekannt.

Bei der Verwendung beispielsweise eines zweipoligen Fehlerstrom­ schutzschalters 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 möglicher­ weise 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 be­ seitigen, die Anlage 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 Null­ leiters, ohne den Schalter dabei zu öffnen, den vollen Differentialschutz aufrechterhält.

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 aufrechterhalten, indem die Glimmlampe zündet und dadurch den Schutzleiter an die Stelle des unterbroche­ nen Nulleiters treten läßt. Hierzu sei daran erinnert, daß der Schutzleiter in der Praxis an den Nullpunkt (Stern­ punkt) 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 wirkt 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 ins­ besondere geeignet zur Anwendung bei einem zweipoligen Fehler­ stromschutzschalter in einem einphasigen Niederspannungs-Ver­ teilernetz, wie er durch die oben erwähnte US-PS 40 20 394 sowie in etwas abgewandelter Form auch aus der US-PS 40 91 431 bekannt ist und bei dem das Niederspannungs-Verteilernetz demgemäß nur einen Phasenleiter enthält. Bei dieser Anwendung kann es, insbesondere wenn der Fehlerstromschutzschalter in ei­ nem 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 ent­ halten, und beide Klemmen des Verstärkers sind über je eine weitere gleichsinnig gepolte Gleichrichterdiode mit dazu in Reihe geschalteter Glimmlampe an den Schlutzleitern angeschlossen.

Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf die Verwendung in ein­ phasigen Wechselstrom-Verteilernetzen beschränkt, sondern läßt sich auch bei vierpoligen Fehlerstromschaltern für dreiphasige Verteilernetze anwenden, wie ein solcher aus der DE-AS 26 53 453 bekannt ist.

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 Phasen­ leiter 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 220 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 Glimm­ lampe besteht ferner darin, daß diese im Fall der Unter­ brechung des Nulleiters aufleuchtet und dadurch das Vor­ liegen einer Störung im Verteilernetz anzeigt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer ersten Aus­ führungsform der Erfindung mit einem zweipoligen Fehlerstromschutzschalter zur Versorgung eines Verbrauchers aus einem einphasigen Wechselstrom-Verteiler­ netz.

Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 2 zur Verwendung ins­ besondere bei in Geräte eingebauten Fehlerstromschutzschaltern, die über um­ polbare Stecker an der Verteilernetz anschließbar 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 L 1 der Phasenleiter und mit N der Null­ leiter eines einphasigen Wechselstrom-Verteilernetzes mit einer Netzspannung von beispielsweise 220 V bezeichnet, an das ein Verbraucher V über einen zweipoligen Fehlerstrom­ schutzschalter mit Schaltkontakten C 1 und C 2 innerhalb von Anschlußleitern 1 und 2 angeschlossen ist. Der im übrigen nicht weiter gezeigte Fehlerstromschutzschalter hat einen bei S angedeuteten Summenstromwandler sowie einen sekundär­ seitig daran angeschlossenen (nicht gezeigten) Auslöser­ kreis, dem das Auslösesignal über einen elektronischen Ver­ stärker A zugeführt wird. Der Verstärker A ist mit einer Klemme unmittelbar an den Anschlußleiter und damit den Phasenleiter L 1 des Netzes angeschlossen. Die andere Klemme des Verstärkers A ist mit einem Verzweigungspunkt X verbun­ den, der einerseits über eine Gleichrichterdiode D 1 mit dem anderen Anschlußleiter 1 und damit dem Nulleiter N des Netzes und andererseits über eine gleichsinnig zur Gleichrichterdiode D 1 gepolte weitere Gleichrichterdiode D 2 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 Verstärker A aus dem Netz L 1/N mit Strom versorgt. Dieser Strom fließt über den Verstärker A und die Gleichrichterdiode D 1, die nur jede zweite Stromhalbwelle hindurchläßt (Halbwellengleichrichtung). Der Stromfluß über die zweite Gleichrichterdiode D 2 ist hingegen gesperrt, da der Verzweigungspunkt X beim Ansteigen der Spannung am Phasenleiter L 1 in der zweiten Halbwelle über die Gleichrichterdiode D 1 im wesentlichen auf Null­ potential und damit weit unterhalb der Zündspannung der Glimmlampe gehalten wird, während in der ersten Halbwelle die Gleichrichterdiode D 2 einen Stromfluß durch die Glimm­ lampe T verhindert.

Tritt nun eine Unterbrechung des Phasenleiters L 1 auf, gleichgültig, ob auf diesen beschränkt oder zusammen mit einer Unterbrechung des Nulleiters N, so wird auch der Ver­ stärker A stromlos, und der Differentialschutz tritt außer Funktion. Dies ist jedoch ohne Belang, da bei unterbrochenem Phasenleiter L 1 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 D 1 fließen, sondern stattdessen das Potential am Verzweigungspunkt X mit der Spannung am Phasenleiter L 1 ansteigen, bis die Zündspannung der Glimm­ lampe 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 Leistungsan­ forderungen des Verstärkers im Auslösefall genügt. Des­ weiteren muß der Auslösekreis so bemessen sein, daß der Stromfluß in jeder zweiten Halbwelle nicht nur für den Normalfall zur Energieversorgung des Auslösekreises aus­ reicht, sondern diese auch gewährleistet ist, wenn bei unterbrochenem Nulleiter nur eine um die Brennspannung der Glimmlampe verminderte Spannung an den Klemmen des Ver­ stärkers ansteht und sich die Dauer des Stromflusses in der zweiten Halbwelle auf den Zeitraum zwischen dem Er­ reichen der Zündspannung und dem Erlöschen der Glimm­ lampe 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 1 des Verbrauchers V an den Nulleiter N des Netzes angeschlos­ sen 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 Aus­ bildung 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 Anschluß­ leiter 2 an den Phasenleiter L 1 und damit der Anschluß­ leiter 1 an den Nulleiter angeschlossen werden. In diesem Fall wäre die in Fig. 1 gezeigte Dioden-Glimmlampen- Schaltung zur Gewährleistung des Differentialschutzes teilweise wirkungslos. Demgegenüber zeigt Fig. 2 eine Schaltung, bei welcher es gleichgültig ist, welcher Anschlußleiter 1, 2 an den Phasen­ leiter L 1 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 D 1′ an den Anschlußleiter 1 angeschlos­ sen ist und vor dieser Diode an einem Verzweigungspunkt X′ eine Zweigleitung mit einer gleichsinnig gepolten weiteren Gleich­ richterdiode D 2′ und einer Glimmlampe T′ zum Schutzleiter PE abzweigt. Dadurch wird eine symmetrische Schaltung für den Anschluß des Verstärkers A an die Anschlußleiter 1, 2 geschaf­ fen, für welche es gleichgültig ist, welcher Anschlußleiter 1, 2 mit dem Phasenleiter L 1 bzw. den Nulleiter N verbunden ist.

Es bedarf jedoch der Beachtung, daß die beiden in Fig. 2 rechten Dioden D 1′ und D 2′ umgekehrt gepolt sein müssen zu den linken Dioden D 1 und D 2, 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 gleich wie die der Schaltung nach Fig. 1. Bei einer Unter­ brechung des Nulleiters N wird stets diejenige Glimmlampe T bzw. T′ 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 D 1 bzw. D 1′ weiterfließt.

Fig. 3 zeigt schließlich eine Schaltung für einen vierpoligen Fehlerstromschutzschalter zur Verwendung in einem dreiphasigen Niederspannungs-Verteilernetz mit Nulleiter. Bei dieser Schal­ tung ist der Auslöser phasenseitig an alle drei Phasenleiter R, S, T über je eine Gleichrichterdiode D _R , D _S , D _T angeschlossen, wobei diese Gleichrichterdioden im Stern geschaltet und im gleichen Sinne gepolt sind. Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei Unterbrechung von einem oder zwei Phasenleitern zu­ sammen mit dem Nulleiter N der volle Differentialschutz er­ halten bleibt.

Claims (4)

1. Anordnung bei einem Fehlerstromschutzschalter, dessen Auslöser sein Auslösesignal über einen elektronischen Verstärker erhält, der zu seiner Stromversorgung zwischen wenigstens einem Phasenleiter und dem Nulleiter eines einen Schutzleiter aufweisenden Niederspannungs-Vertei­ lernetzes angeschlossen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verstärker (A) an den Nulleiter (N) über eine Gleichrichterdiode (D 1) und ferner mit dersel­ ben Klemme an den Schutzleiter (PE) über eine gleichsinnig dazu gepolte weitere Gleichrichterdiode (D 2 sowie eine zu dieser in Reihe liegende Glimmlampe (T) mit weit unter der Phasenspannung des Netzes liegender Zündspannung angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei einem zweipoligen Fehler­ stromschutzschalter, dadurch gekennzeich­ net, daß in beiden Anschlußleitungen des Verstärkers (A) Gleichrichterdioden (D 1, D 1′) enthalten sind und beide Klemmen des Verstärkers (A) über je eine weitere gleich­ sinnig gepolte Gleichrichterdiode (D 2 bzw. D 2′) mit dazu in Reihe geschalteter Glimmlampe (T bzw. T′) an den Schutzleiter (PE) angeschlossen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, bei einem mehrpoligen Fehler­ stromschutzschalter, dadurch gekennzeich­ net, daß der Verstärker (A) mit der anderen Klemme an alle drei Phasenleiter (R, S, T) über je eine Gleich­ richterdiode (DR, DS, DT) angeschlossen ist, wobei diese Gleichrichterdioden im Stern geschaltet und im gleichen Sinne gepolt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmlampen (T bzw. T′) Neonlampen mit einer Zündspannung von etwa 80 Volt sind.