DE3402028C2 - Schutzschaltung für ein Sicherheitsgerät zur Erhöhung des Schutzpegels - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für ein Sicherheitsgerät zur Erhöhung des Schutzpegels, basierend auf dem Prinzip der Fehlerstrom-Schutzschaltung, vorzugsweise zur mobilen Verwendung in Stecker- oder Steckdosenform. Hierbei ist von Bedeutung, daß auch der Schutzleiter-Stromkreis (PE) in bezug auf einen Fehlerstrom überwacht wird. Hierbei kann es jedoch vorkommen, daß im äußeren Schutzleiter-Stromkreis ein Kurzschluß auftritt, der die Auslösung des zugehörigen Sicherheitsgeräts behindert. Um diesen Kurzschlußfall auszuschalten, wird im Schutzleiter-Stromkreis (PE) in Reihe mit der Primärwicklung (6) des Summenstromwandlers (4) zusätzlich eine Drossel (9) mit Eisenkern (10) angeordnet. Die Drossel (9) ist einerseits durch einen möglichst geringen Ohm'schen Widerstand gekennzeichnet, andererseits besitzt sie auch einen Wechselstromwiderstand, der im ungesättigten Zustand mindestens doppelt so groß ist wie der Wechselstromwiderstand der Primärwicklung (6) des Schutzleiter-Stromkreises. Durch die Erhöhung des Kurzschlußwiderstandes durch die Drossel (9) ist eine Blockierung der Auslösung des Sicherheitsgeräts nicht möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schützschaltung für ein Sccherheitsgerät zur Erhöhung des Schutzpegels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Schutzschaltung ist bereits bekannt. (DE-Zeitschrift »Der Elektromeister de«, 8/72, S. 453 bis 455). Hierbei wird der Schutzleiter-Stromkreis auf einen Fehlerstrom überwacht. Der Schutzleiter-Stromkreis SL führt wie der Außenleiter-Stromkreis R und der Neutralleiter-Stromkreis Mp über bzw. durch entsprechende Primärwicklungen des Summenstromwandlers. Der Schutzleiter-Stromkreis enthält zusätzlich einen spannungsabhängigen Widerstand, der dafür sorgt, daß bei geringen, ungefährlichen Schutzleiterspannungen kein oder nur ein ganz geringer Strom durch den Schutzleiter-Stromkreis fließt, wodurch keine Auslösung erfolgt. Wenn jedoch der Schutzleiter eine höhere Spannung als etwa 30 V annimmt und eine zufällige Erdverbindung besteht, beginnt der Strom durch den spannungsabhängigen Widerstand sehr schnell anzusteigen, wodurch dann die Auslösung veranlaßt wird. Die in den entsprechenden VDE-Bestimmungen beschriebenen Schutzmaßnahmen gegen gefährliche Berührungsspannung verlangen, daß der Schutzleiter so niederohmig ist, daß selbst bei Kurzschluß in einem Steckdosenkreis zwischen Phase und Schutzleiter keine langer anstehende gefährliche Berührungsspannung auftreten darf. Das heißt, der Strom muß einen solchen Wert erreichen, daß das vorgeschaltete Kurzschluß-Sicherungsorgan innerhalb kürzester Zeit abschaltet. Dieser hohe Strom in der Größenordnung bis zu einigen hundert Ampere ist über spannungsabhängige Widerstände nicht zu erreichen. Bei sinnvollen Abmessungen dieser Elemente, gleich welcher physikalischen Wirkungsweise, werden diese

stets zerstört

Eine Abhilfe konnte dadurch erreicht werden, in dem der spannungsabhängige Widerstand und alle weiteren im Schutzleiter-Stromkreis befindlichen Elemente herausgenommen und durch eine einfache Drahtbrücke er setzt wurden. Damit war der Schutzleiter-Stromkreis niederohmig, allerdings war der erwünschte Effekt des Gerätes, die zusätzliche Sicherheitsfunktion bei fehlerhaft spannungsführendem Schutzleiter der Steckdose

ίο nun nicht mehr vorhanden.

Des weiteren ist eine Schutzschaltung bekannt die bei Auftreten eines Fehlerstroms die Abschaltung der angeschlossenen Verbrauchsgeräte bewirkt (DE-PS 17 63 584). Um dieses sicher zu erreichen, ist der Schutz leiter an einer oder mehreren in Reihe geschalteten Pri märwicklungen des Summenstromwandlers des Schutzschalters angeschlossen, wobei die Gesamtwindungszahi dieser Primärwicklungen ungleich groß ist wie die Windungszahl einer der Primärwicklungen für den An- Schluß eines Außen- oder Neutralleiters. Es besteht nun allerdings in einem Faii die Möglichkeit daß die Schutzleiter-Überwachungswicklung kurzgeschlossen werden kann, so daß eine Auslösung behindert wird. Dies ist dann der Fall, wenn zwei Verbrauchsgeräte der Klasse I an zwei Netzsteckdosen gewissermaßen parallel geschaltet sind, wobei ein Verbrauchsgerä: über ein solches Sicherheitsgerät ein anderes ohne ein Sicherheitsgerät betrieben wird und wobei die beiden Verbrauchsgeräte durch eine zufällig leitende Berührung der Ge- häuse verbunden sind. Sofern dieser Kurzschlußkreis sehr niederohmig ist kann die Auslösung des Schutzschalters unterbleiben, da durch die transformatorische Kopplung der Wandlerwicklung auch die Primärwicklungen der Hauptstromleiter kurgeschlossen werden.

Daher stellte sich nun die Aufgabe, eine Schutzschaltung für ein Sichcrhcitsgcrät zu entwickeln, die in der Lage ist nicht nur im Fehlerstromfall, sondern auch bei einem Netz- oder Wicklungskurzschluß im Schutzleiter-Stromkreis eine Auslösung zu bewirkte

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen schaltungstechnischen Maßnahmen gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch einfache Schaltungsmaßnahmen im Schutzleiter-Stromkreis der Schutz für den Menschen erhöht wird. Es ist somit sichergestellt, daß durch die Erhöhung des Widerstandes im Schutzleiter-Stromkreis eine Auslösung des S-cherheitsgeräts auch dann erfolgt, wenn der Fall des zuvor beschriebenen Kurzschlusses eintritt.

Zweckmäßige Aus- und Weiterbildungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnun gen dargestellt und werden im folgenden näher erläu tert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schutzschaltung mit einer Drossel mit Eisenkern im Schutzleiter-Stromkreis,

F i g. 2 die Schutzschaltung nach F i g. 1 mit einer feh-

lerhaften Verbindung zwischen dem Außenleiter L und dem Schutzleiter PE, der netzseitig unterbrochen ist,

F i g. 3 die Schutzschaltung nach F i g. 1 mit unterbrochenem Neutralleiter Λ/,

F i g. 4 die Schutzschaltung nach F i g. 1 mit einer Par-

allelschaltung für ein Verbrauchsgerät, wobei die beiden Gehäuse der Verbindungsgeräte fehlerhaft miteinander leitend verbunden sind.

Nach F i g. 1 ist an ein einphasiges Netz mit einem

Außenleiter L, einem neutralen Leiter N und einem Schutzleiter PEe'vn Verbrauchsgerät 19 über ein Sicherheitsgerat 2 angeschlossen. Das Sicherheitsgerät ist über einen Stecker 3 an eine mit dem Netz verbundene Steckdose 3 angeschlossen, während das Verbrauchsgerät steckbar über einen Stecker 20 mit einer mit dem Sicherheitsgerät verbundenen Steckdose Ϊ8 verbunden ist Sicherheitsgerät und Verbrauchsgerät sind mit dem Schutzleiter PE ausgestattet Das Sicherheitsgerat enthält einen Summenstromwandler 4 mit drei Primärwicklungen 5, 6 und 7 . „wie einer Sekundärwicklung 8. In den Schutzleiter-Stromkreis ist eine Drossel 9 mit einem Eisenkern 10 eingesetzt Der Sekundärkreis des Summenstromwandlers enthält einen Auslöser 11, der über ein Schaltschloß 12 mit Schaltkontakten 13,14 und 15 in Verbindung steht Diese Schaltkontakte werden im Auslösefall geöffnet und trennen das Verbrauchsgerät 19 vom Netz ab. Die Schutzschaltung enthält ferner einen Prüfkreis 16, der durch eine Prüftaste 17 geschlossen werden kann.

Im Fehlerstromfall erfolgt stets eine Auslös·; ng, wenn ein Mensch den Außenleiter L oder das unter Fehlerspannung stehende Gehäuse des Verbrauchsgeräts berührt

Nach F i g. 2 besteht ein Fehler a durch die Verbindung des Außenleiters L mit dem Schutzleiter PE, wobei letzterer unterbrochen ist Nach F i g. 3 ist der Schutzleiter PE innerhalb der Steckdose 1 mit dem geerdeten Neutralleiier N verbunden. In beiden Fällen kann eine gefährliche Fehlerspannung auf das Gehäuse 19 des Verbrauchsgerät verschleppt werden. Im Normalfall erfolgt bei Berührung des Gehäuses 19 durch den Menschen und dadurch verursachten Fehlerstromfluß zur Erde die Auslösung. Bei Vorhandensein der beschriebenen Zufallsverbindung und damit Kurzschluß der PE-Wandlerwicklung ist diese Auslösung blockiert Die im Schutzleiter-Stromkreis angeordnete Eisendrossel (9, 10) erhöht den Innenwiderstand des Schutzleiter-Stromkreise., bei kleinen Stromstärken, wodurch ein Kurzschluß nicht möglich ist und keine Blockierung der Auslösung erfolgt. Bei größerer Stromstärke (größer 30 mA) geht der Eisenkern 10 in Sättigung, der Innenwiderstand erhöht sich nicht mehr weiter. Dadurch ist bei großen Stromstärken das Ansprechen der Vorsicherungen (Nullur.gsbedingung) gewährleistet

Die Vergrößerung des Innenwiderstandes des Schuszleiter-Stromkreises bewirkt somit, einen direkten Kurzschluß der Schutzleiter-Wandlerwicklung zu verhindern.

Nach F i g. 4 ist zu der vorhandenen Schaltung gemäß F i g. 1 eine Parallelschaltung vorgesehen, die aus einem Verbrauchsgerät 19' mit einem Stecker 3' und einer Netzsteckdose Γ besteht. Sofern die Verbrauchsgeräte 19 und 19' an das gemeinsame Netz angeschlossen sind, kann bei einer zufälligen leitenden Verbindung zwisehen den beiden Gehäusen ein Kurzschluß über die beiden Schutzleiter-Stromkreise PE erfolgen. Eine Blockierung der Auslösung des Schutzschalters ist nicht möglich, da der Kurzschluß-Widerstand durch die Drossel erhöht ist. Es muß lediglich mit einem gewissen An- eo stieg des Auslösestroms gerechnet werden (max. 100%). Bei Auslegung des Sicherheitsgeräts auf 15 mA werden also 30 mA nicht überschritten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen f.3

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für ein Sicherheitsgerät zur Erhöhung des Schutzpegels, basierend auf dem Prinzip der Fehlerstrom-Schutzschaltung für ein ortsveränderliches Verbrauchsgerät, bei welcher der auf einen Fehlerstrom überwachte Schutzleiter-Stromkreis einen Widerstand enthält und in gleicher Weise wie der Außenleiter-Stromkreis und der Neutralleiter-Stromkreis über eine Primärwicklung des Summenstromwandlers geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand im Schutzleiter-Stromkreis (PE) eine Drossel (9) mit einem Eisenkern (10) ist, die einerseits einen möglichst geringen ohmschen Widerstand aufweist, und die andererseits aber einen Wechselstromwiderstand besitzt, der im ungesättigten Zustand mindestens doppelt so groß ist wie der Wechselstromwiderstand der Primärwicklung (¹S) des Schutzleiter-Stromkreises, wobei der Eisenkern bei größerer Stromstärke (>30 mA) in die Sättigung ohne weitere Erhöhung des Innenwiderstandes geht

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (10) der Drossel (9) aus einem Material besteht, das einen möglichst scharf ausgebildeten Sättigungsknick der Kennlinie aufweist

3. Verwendung der Schutzschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 2 in Sicherheitssteckern und/oder Sicherheitsstecl: Josen.