DE505379C

DE505379C - Automatic switch for protection against touch voltages

Info

Publication number: DE505379C
Application number: DEO17337D
Authority: DE
Original assignee: CORNELIS JOHANNES OOSTERHOLT
Current assignee: CORNELIS JOHANNES OOSTERHOLT
Priority date: 1928-05-20
Filing date: 1928-05-20
Publication date: 1930-08-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf selbsttätige Schutzschalter, insbesondere für elektrische Anlagen, bei welchen ein oder mehrere Leiter von an Erde liegenden Metallteilen, Eisenkonstruktionen u. dgl. umgeben sind, in welchen infolge von Isolationsfehlern Ströme auftreten können. Derartige Schalter sind mit einer sogenannten Fehlerstromspule versehen, welche im normalen Betrieb zwischen die zu schützenden Teile und Erde gelegt sind; sie können auch in Verbindung mit einer Prüftaste als Versuchsschalter Anwendung finden, indem das eine Ende der Spule über einen Widerstand mit einer der Phasen der Elektrizitätsanlage, statt mit den zu schützenden Teilen, verbunden wird.The invention relates to automatic circuit breakers, especially for electrical ones Systems in which one or more conductors of metal parts lying on earth, iron structures and the like, in which currents can occur as a result of insulation faults. Such switches are provided with a so-called fault current coil, which in normal operation between the parts and earth to be protected have been laid; they can also be used in conjunction with a test button can be used as a test switch by inserting one end of the coil across a resistor to one of the phases of the electricity system instead of the to protective parts.

Die bekannten Ausführungsformen solcher Schutzschaltungen weisen einige Nachteileauf. Wenn nämlich ein Fehler in der einen wesent-The known embodiments of such protection circuits have some disadvantages. If there is a mistake in one of the

ao liehen Teil der Schutzeinrichtung bildenden Hilfserde entsteht, so wird die Schutzeinrichtung außer Tätigkeit gesetzt. Dieser Fehler läßt sich jedoch erst bei der folgenden Prüfschaltung feststellen, vorausgesetzt, daß noch keine Unfälle stattgefunden haben, welche um so leichter vorkommen können, wenn das Prüf- und Baupersonal in der Annahme der unbedingten Zuverlässigkeit der Einrichtung unvorsichtig handelt.ao borrowed part of the protective device forming auxiliary earth arises, so the protective device put out of action. However, this error can only be determined in the following test circuit, provided that No accidents have yet occurred, which can occur all the more easily if the testing and construction personnel assume the unconditional reliability of the institution acts carelessly.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Schutzeinrichtungen liegt darin, daß die Spannung bei der Versuchsschaltung im allgemeinen hoch sein wird. Zur Prüfung der richtigen Wirkung des Schalters soll man bei der Versuchsschaltung dafür sorgen, daß die Stromstärke in der Spule nahezu mit derjenigen, bei welcher im normalen Betrieb der Schalter ausschalten müßte (etwa 20 mA), übereinstimmt. Zu diesem Zwecke wird bisher bei der Versuchsschaltung ein Widerstand mit der Fehlerstromspule in Serie geschaltet. Damit jedoch der Schalter auf weit entfernten Punkten des elektrischen Netzes, wo die Spannungen verhältnismäßig viel niedriger sind, bei der Prüfung richtig wirkt, muß der Widerstand einen entsprechend kleineren Wert besitzen.Another disadvantage of the known protective devices is that the voltage will generally be high on the trial circuit. To check the correct operation of the switch, one should go to the test circuit ensure that the current in the coil is almost the same as that at which the switch would have to switch off in normal operation (approx. 20 mA), matches. For this purpose, a resistor has been used in the test circuit up to now connected in series with the fault current coil. With that, however, the switch is wide remote points of the electrical network where the voltages are relatively high are lower, when the test works correctly, the resistance must be correspondingly lower Possess value.

Das bedeutet nun, daß der Versuchsstromkreis, wenn die Prüfung unter normalen Verhältnissen stattfindet, einen nichtkontrollierbaren, unerwünschten Widerstand besitzen kann, wobei die Versuchsschaltung doch in der richtigen Weise wirkt. Es kann z. B. eine Hilfserde durch die Beschädigung des Verbindungsdrahtes derart mangelhaft werden, daß dadurch ein mit der Herabsetzung des ursprünglichen Widerstandes für die Versuchsschaltung für weit entfernte Stellen übereinstimmender Widerstand entsteht. Mit einem derartigen großen Erdungswiderstand t>o wird der Schalter in Normalbetrieb, d. h. als Schutzapparat, erst bei bedeutend höheren Spannungen auf den zu schützenden Teilen als den zulässigen Spannungen, gegen welche die Vorrichtung angeblich schützen soll, die Ausschaltung bewirken. Ein derartiger vor-This now means that the test circuit if the test is under normal conditions takes place, have an uncontrollable, undesirable resistance can, although the experimental circuit works in the right way. It can e.g. Legs Auxiliary earth become so deficient due to the damage to the connecting wire, that thereby one with the lowering of the original resistance for the test circuit for distant places the same resistance arises. With such a large earth resistance t> o the switch is in normal operation, i. H. as a protective apparatus, only at significantly higher levels Stresses on the parts to be protected as the allowable stresses against which the device is supposed to protect, cause the shutdown. Such a pre-

geschalteter Widerstand weist also einen wesentlichen Nachteil für die Zuverlässigkeit der Vorrichtung auf.switched resistance thus has a significant disadvantage for reliability of the device.

Erfindungsgemäß läßt sich dem erstgenannten Nachteil dadurch vorbeugen, daß im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen zwei Erdungen vorgesehen werden, welche im normalen Betriebe parallel geschaltet sind und bei der Versuchsschaltung in Serie liegenAccording to the invention, the first-mentioned disadvantage can be prevented in that in In contrast to the known circuits, two groundings are provided, which in the normal operations are connected in parallel and in the test circuit are in series

ίο müssen. Bei der Prüfung wird dann sofort festgestellt, ob eine der Erdungen schadhaft ist, während ungeachtet eines derartigen Schadens das System noch genügend geschützt ist. Die Anwendung des Nulleiters als eine der Erdungen kann insofern Schwierigkeiten bereiten, als bei der Parallelschaltung die Möglichkeit vorliegt, daß die Hilfserde einen großen Ausgleichsstrom leiten wird, welcher sie innerhalb kurzer Zeit beschädigt. Deshalb ist nur unter sehr günstigen Verhältnissen die Anwendung einer Hilfserde und des Nulleiters für die zwei Erdungen zulässig.ίο have to. The exam will then be immediate determined whether one of the grounds is defective while notwithstanding any such Damage the system is still adequately protected. The use of the neutral conductor as one of the groundings can in this respect cause difficulties prepare than with the parallel connection there is the possibility that the Auxiliary earth will conduct a large equalizing current, which will damage it within a short time. Therefore, only under very favorable conditions is the application of a Auxiliary earth and the neutral conductor are permitted for the two earths.

Erfindungsgemäß wird der andere Nachteil dadurch vermieden, daß die Spannungen in dem Stromkreise, in welchem die Spule liegt, in den beiden Schaltstellungen ungefähr gleich gewählt werden, was dadurch erzielt wird, daß die zur Verfugung stehende Netzspannung in zweckmäßiger Weise herabgesetzt wird, wozu ein Potentiometer, eine Drosselspule, ein Transformator, ein Spartransformator oder sonst ein geeignetes Mittel verwendet werden kann.According to the invention, the other disadvantage is avoided in that the stresses in the circuit in which the coil is located, approximately in the two switch positions be chosen the same, which is achieved by the fact that the available mains voltage is reduced in an expedient manner, including a potentiometer, a choke coil, a transformer, an autotransformer or any other suitable means can be used.

Die Zeichnung zeigt die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen in schematischer Darstellung:The drawing shows the invention in some exemplary embodiments in schematic form Depiction:

Abb. ι veranschaulicht die bisher übliche Schutzschaltung.Fig. Ι illustrates the previously common protective circuit.

Abb. 2 gibt eine Schaltung wieder, bei der erfindungsgemäß ein Potentiometer oder Spannungsteiler vorgesehen und die Serienparallelschaltung von Hilfserde und Nulleiter zur Anwendung gebracht ist.Fig. 2 shows a circuit again in which a potentiometer or according to the invention Voltage divider provided and the series parallel connection of auxiliary earth and neutral is applied.

Abb. 3 stellt eine 'Schaltungsanordnung dar, welche erfindungsgemäß eine Serienparallelschaltung zweier Hilfserdungen und einen Transformator enthält.Fig. 3 shows a 'circuit arrangement, which according to the invention is a series parallel circuit contains two auxiliary grounds and a transformer.

Abb. 4 zeigt eine Schaltung, bei der gemäß der Erfindung der Versuchsstrom sowohl die in Serie geschaltete Hilfserde wie auch den in einen Ring gelegten Schutzdraht durchläuft. Fig. 4 shows a circuit in which, according to the invention, the test current runs through both the auxiliary earth connected in series and the protective wire placed in a ring.

Abb. 5 läßt eine Schaltung erkennen, bei der gemäß der Erfindung eine Minimalspule als Spannungsteiler verwendet ist.Fig. 5 shows a circuit in which, according to the invention, a minimum coil is used as a voltage divider.

Bei der in Abb. 1 dargestellten bekannten Schutzschaltung weist der Hauptschalter eine mit einem Kern versehene Spule 7 auf, die einerseits mit der Hilfserde 8 und andererseits mit dem Schalter 9 verbunden ist, welcher zwischen 'den beiden ruhenden Kontakten ι und 2 spielt. Bei Normalbetrieb wird der Schalter 9 mittels der Zugfeder 10 gegen den Kontakt 1 gedrückt, der mit der äußeren Verkleidung des Kabels, mit dem Maschinengehäuse oder mit anderen zu schützenden Metallteilen 11 verbunden ist, an denen ein Isolationsfehler 17 auftreten kann, während der Kontakt 2 über einen Widerstand 12 an einem der Phasenleiter 13 der Serienschaltung angeschlossen ist, der über Phasenwicklung 16 und Nullpunkt 15 an der Erde 14 liegt. Wenn der Schalter 9 in die Versuchsstellung, d. h. zum Anliegen an den Kontakt 2 gebracht ist, bildet sich der folgende Stromkreis: Erde 14, Nullpunkt 15, Phasenwicklung 16, Phasenleiter 13, Widerstand 12, Kontakt 2, Schalter 9, Spule 7, Hilfserde 8, Erde 14. Im Betriebszustande, bei dem der Schalter 9 als Sicherheitsschalter dient und an dem Kontakt 1 anliegt, entsteht anderseits folgender Stromkreis: Phasenwicklung 16, Phasenleitung 13, Fehler 17, Metallteil 11, Kontakt 1, Schalter 9, Spule 7, Hilfserde 8, Erde 14, Nullpunkt 15, Wicklung 16.In the known protection circuit shown in Fig. 1, the main switch has a provided with a core coil 7, on the one hand with the auxiliary earth 8 and on the other hand is connected to the switch 9, which between 'the two dormant contacts ι and 2 plays. During normal operation, the switch 9 is activated by means of the tension spring 10 pressed against contact 1, which is connected to the outer casing of the cable with which The machine housing or other metal parts 11 to be protected are connected, at which an insulation fault 17 can occur, while contact 2 has a Resistor 12 is connected to one of the phase conductors 13 of the series circuit, the is connected to earth 14 via phase winding 16 and zero point 15. When the switch is 9 in the test position, d. H. is brought into contact with the contact 2, the the following circuit: earth 14, zero point 15, Phase winding 16, phase conductor 13, resistor 12, contact 2, switch 9, coil 7, Auxiliary earth 8, earth 14. In the operating state in which switch 9 is used as a safety switch serves and is applied to the contact 1, on the other hand, the following circuit is created: phase winding 16, phase line 13, error 17, metal part 11, contact 1, switch 9, coil 7, Auxiliary earth 8, earth 14, zero point 15, winding 16.

An Stelle des Erdweges 8, 14 kann auch der Nulleiter 18 benutzt werden. In diesem Falle kann die Hilfserde 8 in Wegfall kornmen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß der Nulleiter 18 infolge der ungleich belasteten Phasen relativ hohe Spannungen bekommen kann, insbesondere wenn auf einer großen Entfernung Strom entnommen werden muß. Ist hierbei das zu schützende System an sich gut an Erde gelegt, so kann der Schalter infolge der Wirkung des vom Nulleiter 18 über die Spule 7 zum zu schützenden System gehenden Stromes zur Ausschaltung gebracht werden. Außerdem kann unter bestimmten Verhältnissen das zu schützende System gefährliche Spannungen des Nulleiters annehmen. Im allgemeinen ist es also bei der Schaltung der Abb. 1 geraten, den Nulleiter nicht als Erde zu gebrauchen.Instead of the earth path 8, 14, the neutral conductor 18 can also be used. In this The auxiliary earth 8 can be omitted. However, this has the disadvantage that the Neutral conductor 18 get relatively high voltages due to the unevenly loaded phases can, especially when power has to be drawn from a great distance. This is the system to be protected per se well connected to earth, the switch can owing to the action of the neutral conductor 18 over the coil 7 brought to the system to be protected current to be switched off will. In addition, under certain conditions the system to be protected can be dangerous Accept tensions of the neutral conductor. In general, it is advisable to use the neutral conductor for the circuit in Fig. 1 not to be used as earth.

Bei der Schaltung nach Abb. 2 wird gemäß der Erfindung eine Verbesserung gegenüber der der Abb. 1 dadurch erreicht, daß die vom Netz herrührende Spannung für die Prüfung der Wirkung des Schalters mittels eines Spannungsteilers und durch Anwendung der Serienparallelschaltung von Hilfserde und Nulleiter herabgesetzt wird. Hierbei bilden die Widerstände 22 und 23 zusammen ein Potentiometer. Der bei Normalbetrieb gebildete Stromkreis läuft über Phasenwicklung 16, Phasenleitung 13, Fehler 17, Teile 11, Kontakt I, Kontakt 3, Spule 7, Hilfserde 8, Erde 14, Nullpunkt 15, Phasenwicklung 16, und eine Parallelabzweigung geht von der Spule 7 ab über die Kontakte 4In the circuit of Fig. 2 is an improvement over according to the invention that of Fig. 1 is achieved by using the voltage coming from the network for the test the effect of the switch by means of a voltage divider and by using the Series parallel connection of auxiliary earth and neutral is reduced. Form here the resistors 22 and 23 together form a potentiometer. The one formed during normal operation Circuit runs through phase winding 16, phase line 13, fault 17, parts 11, contact I, contact 3, coil 7, auxiliary earth 8, earth 14, zero point 15, phase winding 16, and a parallel branch extends from the coil 7 via the contacts 4

und 5, Widerstand 23, Leitung 18 zum Nullpunkte 15. Der bei der Prüfung gebildete Stromkreis verläuft folgendermaßen: Phasenwicklung 16, Phasenleitung 13, Widerstand 22, Kontakte 6 und 5, Widerstand 23, Leitung 18, Nullpunkt 15, Wicklung 16, und eine Parallelabzweigung führt von Kontakt 5 über die Kontakte 2 und 3, Spule 7, Hilfserde 8, Erde 14 zum Nullpunkte 15.and 5, resistor 23, line 18 to zero point 15. The one formed during the test Circuit runs as follows: phase winding 16, phase line 13, resistor 22, contacts 6 and 5, resistor 23, line 18, neutral point 15, winding 16, and a parallel branch leads from contact 5 via contacts 2 and 3, coil 7, auxiliary earth 8, earth 14 to zero point 15.

Im letztgenannten Parallelstromkreis tritt eine elektromotorische Kraft auf, welche der Spannung der Wicklung 23 gleich ist. Beim ersterwähnten Stromlauf ist diese Spannung nicht vorhanden, da der Widerstand 22 hierbei nicht mit dem Widerstand 23 verbunden ist. Es ist nicht ratsam, das untere Ende des Widerstandes 23 an eine gesonderte Hilfserde statt an den Nulldraht zu legen, da der Totalstrom bei der Prüfung dann doch durch diese Hilfserde gehen müßte und der Widerstand dieser Erde die Spannungsverteilung beeinflussen würde. Bei einer schlechten Hilfserde würde der Apparat bei der Probeschaltung doch die Ausschaltung vollziehen. In the last-mentioned parallel circuit, an electromotive force occurs which the Voltage of the winding 23 is the same. In the first-mentioned circuit, this is voltage not present, since the resistor 22 is not connected to the resistor 23 in this case is. It is not advisable to attach the lower end of the resistor 23 to a separate one Auxiliary earth should be placed instead of the neutral wire, since the total current during the test will then would have to go through this auxiliary earth and the resistance of this earth would influence the voltage distribution. With a bad one Auxiliary earth, the apparatus would switch off during the test connection.

Eine Schaltung mit zwei Hilfserden ist jedoch viel zuverlässiger. Hierbei soll aber der Versuchsstromkreis elektrisch \-ollkommen vom Netze getrennt sein, wofür also ein Transformator die am besten geeignete Lösung gibt. Abb. 3 zeigt eine Schaltung mit einem kleinen Transformator 18 und mit zwei in Serienparallelschaltung liegenden Hilfserden 19 und 20. Der Schalter ist im übrigen bei Abb. 3 in ähnlicher Weise wie bei Abb. 2 ausgebildet und weist ebenfalls Kontakte i, 2, 4, 6 und Schalthebel 3, 5 auf.However, a circuit with two auxiliary grounds is much more reliable. But here should the experimental circuit must be electrically isolated from the mains, so what a Transformer gives the most suitable solution. Fig. 3 shows a circuit with a small transformer 18 and two lying in series parallel connection Auxiliary earth 19 and 20. The switch is otherwise in Fig. 3 in a similar way as in Fig. 2 and also has contacts i, 2, 4, 6 and switch levers 3, 5.

Bei einer Ausführungsform der bekannten Schutzschaltungen besteht der Schutzdraht aus einem im Betriebszustande an zwei Seiten über die Fehlerstromspule an Erde gelegten Ringleiter, und im Prüfungszustand wird ein geschlossener Ring gebildet. Diese Schaltungsweise stimmt scheinbar mit der Schaltung nach Abb. 3 mit zwei Erdungen überein. Der Schutzdraht geht jedoch über einige Metallteile, wie Rohre, Motorgestelle, Schalter und ähnliche Geräte, welche meistens an Erde liegen. Bei der Versuchsschaltung liegen diese sämtlichen Erdungen parallel mit der Spule. Es fragt sich nun, ob der Totalstrom, der bei der Prüfung durch den vorgeschalteten Widerstand auf einen bestimmten Maximalwert begrenzt wird, noch zum Ausschalten des Schalters genügen wird. Wenn es sich daher bei der Prüfung ergibt, daß die Vorrichtung anscheinend nicht in Ordnung ist, besteht keine Sicherheit, ob dies auch wirklich der Fall ist.In one embodiment of the known protective circuits, there is the protective wire from one connected to earth on two sides via the fault current coil in the operating state Ring conductor, and in the test state a closed ring is formed. This switching way apparently corresponds to the circuit according to Fig. 3 with two earths. However, the protective wire goes over some metal parts, such as pipes, motor racks, switches and similar devices, which are mostly connected to earth. In the test circuit, all of these earths are in parallel the coil. The question now is whether the total current that was used during the test by the upstream Resistance is limited to a certain maximum value, will still suffice to turn off the switch. Therefore, if the test shows that the device does not appear to be in Is okay, there is no certainty whether this is really the case.

Ein größerer Nachteil dieser bekannten Schaltung mit Ringleiter ist aber, daß es nicht sicher ist, daß bei der Versuchsschaltung ein wirklich bestehender Fehler auch angezeigt wird. Dadurch, daß der Ringleiter an mehreren Stellen an Erde liegt, ist es möglich, daß er an irgendeiner Stelle unterbrochen ist, während bei der Prüfung der Strom den Leiter an einem Punkte an der einen Seite der schadhaften Stelle verläßt und an dem anderen Punkte an der schadhaften Stelle vorbei wieder in den Leiter zurückkehrt.A major disadvantage of this known circuit with ring conductor is that it it is not certain that a really existing fault also exists in the test circuit is shown. Because the ring conductor is connected to earth at several points, it is possible that it is interrupted at any point during the examination of the Current leaves the conductor at a point on one side of the damaged area and at the other point returns to the ladder past the damaged area.

Erfindungsgemäß wird diese Schaltung dadurch verbessert, daß ein Transformator vorgesehen wird, welcher den Vorteil besitzt, daß die Sekundärspannung eine nahezu konstante ist, so daß aruch bei Parallelerdungen ein genügend starker Strom durch die Stromspule geht, während die Gefahr, daß die Vorrichtung scheinbar in Ordnung ist, ob- »u wohl z. B. der Leiter unterbrochen ist, auf ein Minimum verringert wird, da der Gesamtwiderstand unterhalb einer verhältnismäßig niedrigen Grenze bleiben muß.According to the invention, this circuit is improved in that a transformer is provided becomes, which has the advantage that the secondary voltage is an almost constant so that a sufficiently strong current through the Current coil goes, while the risk that the device is apparently in order whether- »u probably z. B. the conductor is interrupted, is reduced to a minimum, since the total resistance must remain below a relatively low limit.

Wie in Abb. 4 gezeigt ist, können z. B. bei der Versuchsschaltung vier Erdungswiderstände in Serie geschaltet sein. Wenn hier der Schalter ebenfalls ausschaltet, so deutet dies auf eine derartige gute Erdung, daß darin an sich schon ein Schutz liegt. Dabei stehen die beiden Erdungen 19 und 20 in Normalbetrieb wiederum parallel, und der Schutzdraht 11 wird auf zwei Wegen über die Spule 7 an Erde gelegt. Falls der Draht 11 bei 21 gebrochen ist, wirkt die Vorrichtung in Normalbetrieb noch gut. Bei der Prüfung stehen die vier Erdungen in Serie, und der Schalter wird nur ausschalten, wenn diese Erdungen einen verhältnismäßig geringeren Übergangswiderstand besitzen.As shown in Fig. 4, z. B. four grounding resistors in the test circuit be connected in series. If the switch also turns off here, then indicates this to such a good grounding that it is already a protection in itself. Included the two grounds 19 and 20 are again parallel in normal operation, and the Protective wire 11 is connected to earth via coil 7 in two ways. If the wire 11 is broken at 21, the device works still good in normal operation. When testing, the four grounds are in series, and the switch will only turn off when these groundings have a relatively lower contact resistance.

In Apparaten, in welchen für andere Zwecke eine Minimalspule erforderlich ist, wird diese gleichzeitig entweder gemäß Abb. S als Spannungsteiler 24 oder als Primärspule eines Transformators dienen können. Die Serie- i°5 parallelschaltung von Hilfserde und Nulleiter ist dabei nicht möglich. Im übrigen kann die Erfindung im einzelnen auch in einer von den Beispielen der Zeichnung abweichenden Weise ausgeführt werden. »oIn apparatus in which a minimum coil is required for other purposes, this at the same time either as a voltage divider 24 or as a primary coil as shown in Fig. S Transformer can serve. The series i ° 5 parallel connection of auxiliary earth and neutral is not possible. In addition, the invention can also be used in detail in one of the Examples of the drawing are carried out differently. "O

Claims

Patent claims:

i. Automatic switch for protection against touch voltages in electrical Systems with a switching coil earthed on one side (fault current coil), the other side with contact voltages exposed metal parts is connected and separated by a test button from these metal parts and at the same time to Check the system can be supplied with a current that corresponds to the error

trap occurring corresponds, characterized in that for the actual Test circuit an electromotive force is used, which is less than the mains voltage.

2. Device according to claim i, characterized characterized in that the test is carried out by means of a voltage divider (e.g. choke coil, autotransformer etc.) or reduced by means of a transformer with separate windings Mains voltage takes place.

3. Device according to claim 2, characterized by the use of a Minimum voltage coil as the primary winding of the transformer or as a voltage divider (Autotransformer).

4. Device according to claims 2 and 3, characterized in that the Switching coil on two auxiliary earths (19, 20, Fig. 3 and 4), and the two earths are connected in parallel in normal operation and in series in the test circuit are.

5. Device according to claims 2 to 4, characterized in that one the earthing forms the neutral conductor of the system.

1 sheet of drawings