DE602688C - Stationsschalter mit einer Fehlerstromspule zwischen Nulleiter und einer Hilfserdung - Google Patents

Description

Bekanntlich können in Verteilungsnetzen

gefährliche Berührungsspannungen entstehen, die durch Verwendung einer Fehlerstromspule zwischen Nulleiter und Hilfserdung behoben werden sollen.

Die zu schützenden Anlagen werden mit selbsttätigen Schaltern ausgerüstet, die mittels der Fehlerstromspule beim Überschreiten der zulässigen Berührungsspannung die gefährdeten Anlagen vom Netz abtrennen. Es gibt jedoch Fälle, in denen die Berührungsspannung in der gestörten Anlage nicht hoch genug wird, um die zugehörige Fehlerstromspule zum Ansprechen zu bringen, jedoch infolge der eigenartigen Verhältnisse der Erdungswiderstände die Spannung des Nullpunktes und mit ihm diejenige des Nulleiters auf eine gefährliche Höhe steigt, so daß alle Körper, die mit dem Nulleiter in Verbindung kommen, die gefährliche Spannung des Nullleiters annehmen.

Würde beispielsweise ein Motorgehäuse gegen Erde einen Widerstand von 2 Ohm besitzen und würde die Betriebserdung des Stationstransformators 20 Ohm haben, so würde bei 220 Volt Phasenspannung ein Erdschlußstrom von = 10 Amp. entstehen.

20 ^r

Bei größeren Motoren mit starken Sicherungen würden die Sicherungen durch diesen Erdschlußstrom nicht abschmelzen, dagegen würde am Motorgehäuse eine Berührungsspannung von 2 Ohm X 10 Amp. =20 Volt auftreten, während der Nulleiter eine Berührungsspannung von! 20 Ohm X 10 Amp. = 200 Volt aufweisen würde. Falls nun die Fehlerstromauslösung" der Anschluß anlage auf die noch zulässige Spannung von 42 Volt eingestellt wäre, würde der Störenfried überhaupt nicht abgeschaltet werden können. Es würde also der ganze Nulleiter auf 200 Volt gegen Erde stehen, wodurch die Aufgabe entsteht, in solchem Gefahrenfalle das ganze Netz abzuschalten. Bekanntlich werden hierzu die Stationsschalter (Transformatorenschalter) gleichfalls mit Fehlerstromspulen ausgerüstet. Die Ausstattung der Stationsschalter mit Fehlerstromspulen und ihnen zugeordneten Auslösevorrichtungen bringt jedoch wiederum den Übelstand mit sich, daß alle an die Station angeschlossenen Anlagen häufigen Betriebsunterbrechungen ausgesetzt sind. Die Erfindung beseitigt diesen Übelstand.

Ihr zufolge soll der Schalter mit einer Selektivität bewirkenden Verzögerungseinrichtung versehen sein, die eine annähernd ausbalancierte und möglichst reibungslos gelagerte träge Masse umfaßt, welche die von der Fehlerstromspule während der Verzögerungszeit geleistete Arbeit in Form von kinetischer Energie aufspeichert und bei der Auslösung des Schalters wirksam-werden läßt.

Die Anwendung von Verzögerungseinrichtungen zur Erreichung einer Selektivität ist an sich bekannt. Auch hat man bereits für Überstromschalter, wobei jedoch ganz andere Gesichtspunkte in Frage kommen, die Anwendung arbeitsspeichernder Auslöser vor-

geschlagen. Beim Erfindungsgegenstand ist die Anwendung eines arbeitsspeichernden Auslösers im Hinblick auf die äußerst geringe Energie einer Fehlerstromspule von größter Bedeutung.

Einen Auslöser mit verzögernder Wirkung und Arbeitsspeicherung stellt eine annähernd oder ganz ausbalancierte Hebelanordnung dar, die unter dem Einfluß der Fehlerstromspule ίο steht. Die von der Fehlerstromspule geleistete Arbeit wird als Beschleunigungsarbeit, also in Form kinetischer Energie, in der Masse der Hebelanordnung aufgespeichert, und diese lebendige Kraft dient zur Auslösung des Stationsschalters, im Falle daß der Installationsschutzschalter die von ihm geschützte.Anlage aus irgendeinem Grund nicht abschaltet. Um die gewünschte Selektivität zu erhalten und hinreichend viel Energie in der Hebelanordnurig aufzuspeichern, soll diese mit einem oder mehreren Gewichten, also· tragen Massen, beschwert werden.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben. Abb. ι stellt das Schema einer Verteilungsanlage dar, und in den

Abb. 2 und 3 sind gemäß der Erfindung ausgebildete Auslösevorrichtungen veranschaulicht.

Gemäß Abb. 1 ist der am Transformator T niederspannungsseitig vorgesehene Stationsschalter S dreipolig ausgebildet, jedoch derartig, daß auch der Nulleiter ebenso einen Auslöser e erhält wie die drei Phasen RST. Der Schalter 6" besitzt eine Fehlerstromspule f₂, die etwa bei 40 Volt und 15 Milliamp. die Auslösung des Schalters herbeizuführen hat. Die Spannungsspule /₂ ist einerseits am Nullleiter 0 und andererseits am Hilfserder ^₁ angeschlossen. Letzterer kann Erdübergangswiderstände zwischen 1 und 2000 Ohm haben. Der Nullpunkt des Transformators und damit der Nulleiter selbst ist in der Regel mit einem Betriebserder g₂ verbunden. Wenn man auch bestrebt ist, dessen Erdung so gut wie möglich zu machen, so sind doch Widerstände zwischen 1 Ohm und 50 Ohm die Regel.

In das Netz sind zwei Motoren eingetragen, von denen der eine noch die ältere Schutzmaßnähme der Nullung besitzt. Der rechts gezeichnete Motor habe Sicherungen von beispielsweise 40 Amp. und sei im übrigen durch einen Installationsschutzschalter / mit einer Fehlerstromspule/3 in der sog. Heinisch-Riedl-Schaltung geschützt. Hierbei wird bekanntlich das Motorgehäuse über die Fehlerstromspule /₃ mit einer Hilfserdung g_a verbunden. Würden die in der Abb. 1 eingezeichneten Widerstände vorhanden sein und würde hier-δο bei in der rechts gezeichneten Motoranlage ein Körperschluß zwischen Phase T und dem Gehäuse eintreten, dann würde gemäß den obigen Ausführungen der an dem linken Motor eingezeichnete Mann 200 Volt gegen Erde erhalten. Es müßte also sofort der Schutzschalter / ausschalten. Da jedoch die Berührungsspannung in dem Schutzschalter / nur 20 Volt beträgt, kann dieser nicht abschalten. Um nun nicht sämtliche Installationen in Gefahr zu bringen, muß die Fehlerstromspule f₂ des Stationsschalters 6¹ die Ausschaltung desselben herbeiführen. Würden die Verhältnisse jedoch so liegen, daß die Spule /₃ beispielsweise 50 Volt erhält und die Spule f₂ 170 Volt, dann muß die Spule f₂ so träge wirken, daß der Schalter / allein abschaltet. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung beispielsweise mit einem Fehlerstromrelais nach Abb. 2 gelöst. Das Relais besteht aus einer Spule /, die auf einem Eisenkern k aufgeschoben ist. Gegenüber dem Kern k befindet sich der Anker k_v der in Zapfen gelagert sein kann, vorteilhaft aber in Schneiden r gelagert ist. Zu beiden Seiten des Drehpunktes befinden sich in möglichst großer Entfernung die beiden Massen W₁ und «₂. Diese werden zweckmäßig derart gewählt, daß sich das ganze Hebelsystem vollständig im Gleichgewicht befindet. Lediglich, das kleine, einseitig· wirkende Reguliergewicht m₀ drückt den Anker k_t gegen go einen Anschlag u.

Da der Schalter / von seiner Fehlerstromspule /₃ in etwa 1 bis 2 Perioden zur Abschaltung gebracht werden würde, darf der Anker A₁ — selbst beim Vielfachen der Grenzspannung — die Auslöseklinke p des Schalters 6" nicht ohne weiteres zur Auslösung bringen. Erst wenn der Installationsschutzschalter / aus irgendwelchen Gründen den hinter ihm befindlichen Fehler nicht abzuschalten vermag, muß das Massenpendel der Fehlerstromspule des Stationsschalters S die Auslösung herbeiführen.

Das Massenpendel kann auch in anderer Weise angeordnet, beispielsweise horizontal gelagert sein. Es kann auch in Form eines Rades oder Segmentes ausgebildet werden. Ebenso kann der antreibende Elektromagnet verschiedenste Formen haben. Zweckmäßig· wird man ihm bei verhältnismäßig großen Polflächen einen geringen Eisenquerschnitt geben, damit er bei höherer Spannung sehr schnell seine Sättigung erreicht. Hierdurch ■ soll ermöglicht werden, daß der Kraftfluß nicht proportional mit der Spannung steigt, wodurch die Verzögerung ganz besonders wirksam wird.

Bei der Auslösevorrichtung gemäß Abb. 3 wirkt die Fehlerstromspule/ auf die Scheiber eines Ferrarismotors, so daß sich diese im Gegensinne des Uhrzeigers bewegt. Beim Auftreffen des Gewichtes m₂ auf die Klinke p

wird der Stationsschalter ausgelöst. Die Auslöseeinrichtung mit Ferrarisscheibe benötigt im allgemeinen eine höhere Energie als der Fehlerstromauslöseanker mit Gewichtsbeschwerung und ist daher nur an solchen Stellen anzuwenden, an denen günstige Hilfserden zur Verfügung stehen. Die Ferrarisscheibenauslösung hat jedoch den Vorteil, daß sich mit ihrer Hilfe bequem längere Verzögerungszeiten erzielen lassen.

Sowohl bei der Ausführungsform der Erfindung nach Abb. 2 als auch bei "derjenigen nach Abb. 3 kann durch die Bewegung der Klinke p das Schloß des Schalters unmittelbar geöffnet werden. Es ist jedoch zweckmäßig, durch die Bewegung des Ankers bzw. der Ferrarisscheibe vorerst eine gespannte Feder freizugeben und die durch die Entspannung derselben frei werdende lebendige Kraft zur Auslösung des Schalterschlosses zu benutzen.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι. Stationsschalter mit Fehlerstromspule zwischen Nulleiter und einer Hilfserdung, gekennzeichnet durch eine Selektivität bewirkende Verzögerungseinrichtung, die eine annähernd ausbalancierte und möglichsf reibungslos gelagerte träge Masse umfaßt, welche die von der Fehlerstromspule während der Verzögerungszeit geleistete Arbeit in Form von kinetischer Energie aufspeichert und sie bei der Auslösung des Schalters wirksam werden läßt.
2. 2. Stationsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Energiespeicher dienende träge Masse aus einer von der Fehlerstromspule bewegten, ganz oder annähernd ausbalancierten zweiseitigen Hebelanordnung besteht.
3. 3. Stationsschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerstromspule auf einen Anker einwirkt, der sich an einem gewichtsbeschwerten zweiseitigen Hebel befindet.
4. 4. Stationsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel auf einer Schneide ruht.
5. 5. Stationsschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerstromspule auf eine, gewichtsbeschwerte Ferrarisscheibe einwirkt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen