DE605202C - Anordnung zum Erden der Gehaeuse elektrischer Apparate - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, die es gestattet, Gehäuse elektrischer Apparate in solcher Weise zu erden, daß Schäden, wie sie bei den üblichen Anordnungen durch Kurzschluß zwischen spannungführenden Teilen und dem Gehäuse auftreten können, vermieden werden.

Bekannt sind Anordnungen, bei denen die Erdung des Gehäuses über eine Drossel vorgenommen wird. Bekannt ist es ferner, die Apparate über Drosseln an das Netz anzuschließen. Solche Anordnungen besitzen den Nachteil, daß bei Auftreten eines Fehlers, beispielsweise dadurch, daß einer der Leitungspole Schluß mit dem Gehäuse erhält, sich ein Fehlerstrom einstellt,, der infolge des induktiven Widerstandes von Netz- oder Erddrossel bzw. von beiden nur wenig über dem normalen Betriebsstrom liegt. Da es aus Gründen der Betriebssicherheit nicht immer möglich ist, die die Anlage schützenden Sicherungselemente, wie z. B. Schmelzsicherungen oder Maximalschalter, so einzustellen, daß die Ansprechstromstärke genügend nahe der Normalstromstärke liegt, besteht die Gefahr, daß ein solcher den Normalstrom nur wenig überschreitender Fehlerstrom längere Zeit unbemerkt fließen und Schaden verursachen kann.

Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß Erddrosseln und Netzdrosseln miteinander vereinigt werden,

und zwar so, daß sie gemeinsame Kraftlinienwege besitzen. Für die Ausführung dieses Gedankens bestehen grundsätzlich zwei Mög-Henkelten: Es können beide Drosseln einen solchen Windungssinn erhalten, daß die unter dem Einfluß des Fehlerstromes durch die Wicklungen erzeugten magnetqmotorischen Kräfte sich addieren, oder einen solchen Windungssinn, daß sie sich subtrahieren. In dem ersteren Falle wird die Wirkung sein, daß dem Fehlerstrom eine erhöhte Induktivität entgegensteht, so daß auf diese Weise die Stromstärke auf einen bestimmten unschädlichen Wert begrenzt ist. Wenn also bei dieser Ausführung auch nicht ein Ansprechen der Sicherungselemente erzielt ist, so ist doch der Wert der maximal möglichen Stromstärke herabgedrückt. Besondere Vorteile jedoch bietet die zweite Ausführungsform des Erfindungsgedankens, bei der sich die magnetomotorischen Kräfte subtrahieren. Diese Subtraktion hat zur Folge, daß der Kraftfluß einen geringeren Wert annimmt, als wenn Netz- und Erddrossel voneinander getrennt wären. Diese Kraftflußverminderung bedeutet eine Induktivitätsverminderung der Reihenschaltung, bestehend aus Netz- und Erddrossel. Diese Verminderung wiederum macht sich in einer Zunahme der Fehlerstromstärke bemerkbar. Im Endergebnis wird also durch diese Anordnung erreicht, daß bei Auftreten eines Kurzschlusses zwi-

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Karl-Heinrich Krambeer in Berlin-Wilmersdorf.

sehen Klemme und Gehäuse ein sehr starker Fehlerstrom fließt. Da aber hierdurch sofort die Sicherungselemente zum Ansprechen gebracht werden, kann sich dieser starke Stromstoß von kurzer Dauer nicht in dem Maße schädlich auswirken wie ein Strom von geringer Stärke, aber großer Dauer.

Es ist ferner bekannt, zum Schutz von Leitungsnetzen und Hausinstallationen alle ίο Leitungen der Anlage mit Wicklungen zu versehen, die auf einen gemeinsamen geschlossenen Eisenkern aufgebracht sind. Bei normalem Betrieb heben sich die Induktivitäten dieser Wicklungen auf, während beim Auftreten eines Fehlerstromes das Gleichgewicht gestört und der dann an einer Drosselwicklung entstehende Spannungsabfall zur Auslösung eines Relais zwecks Abschaltung des Netzteiles benutzt wird. Demgegenüber wird beim Erfindungsgegenstand in vorteilhafter Weise der Erdstrom unmittelbar benutzt. Die bekannte Einrichtung unterscheidet sich auch noch dadurch vom Erfindungsgegenstand, daß bei diesem im Gegensatz zur bekannten Einrichtung die Asymmetrie der Spulenanordnung entweder vergrößert oder wiederhergestellt wird, falls sie gestört worden ist. Bei der bekannten Einrichtung wird die Asymmetrie im Störungsfalle unverändert gelassen.

In den Figuren ist an Hand einiger Anwendungsbeispiele der Erfindungsgedanke erläutert. Fig. ι veranschaulicht den Grundgedanken einer Erdung, wie sie bisher üblich war, während, die Fig. 2 und 3 Anwendungsbeispiele für die Erdung gemäß der Erfindung darstellen.

In Fig. ϊ bezeichnet A einen elektrischen Apparat, der mit Hilfe seiner Klemmen 1 und 2 über Netzdrosseln ND₁ und ND₂ und ein Sicherungselement S an die Netzklemmen 3 und 4 angeschlossen: ist. Das Gehäuse ist im Punkt G mit Erde E verbunden, wobei aus irgendwelchen Gründen, die im Wesen des Apparates^ begründet sein mögen, eine Erddrossel ED vorgesehen sein kann. Es möge Klemme 4 in der Zentrale geerdet sein, so daß auch Punkt 2 annähernd Erdpotential besitzt. Entsteht nun ein Kurz-Schluß zwischen Klemme 1 und Gehäuse, wie es in der Figur durch einen Pfeil angedeutet ist, so fließt ein Fehlerstrom von Klemme 3 über SicherungS, NetzdrosselND₁, Klemme 1, über den Kurzschluß, Gehäuse G und Erddrossel ED nach Erde E. Die Größe dieses Stromes ist, wie bereits oben angedeutet, begrenzt, im wesentlichen durch die Induktivität der beiden in Reihe geschalteten Spulen ND₁ und ED, so daß sich die erwähnten Nachteile bemerkbar machen.

Fig. 2 zeigt, wie durch Anwendung des

Erfmdungsgedankens diese Nachteile vermieden werden. Es ist hier die Wicklung der Erddrossel auf den Kern der Netzdrossel ND₁ aufgebracht, und zwar in diesem Sonderfall so, daß sich die magnetomotorischen Kräfte entgegenwirken. Tritt nunmehr ein gleicher Kurzschluß ein, wie es auch wieder durch einen Pfeil angedeutet ist, so fließt ein Fehlerstrom von 3 über S, ND₁, 1, G, ED nach Erde E. Die Richtung der beiden magnetomotorischen Kräfte für einen bestimmten Zeitpunkt ist durch Pfeile angedeutet. Die in dieser Weise erzielte Induktivitätsverminderung ermöglicht das Fließen eines starken Fehlerstromes, der 6" zum Ansprechen bringt..

In Fig. 3 ist die Anwendung des Erfindungsgedankens auf einen Sonderfall dargestellt, der besondere praktische Bedeutung besitzt, und zwar handelt es sich hier um die Erdung eines Apparats A der Hochfrequenzströme aussenden kann. Um das Aussenden dieser störenden Ströme zu verhindern, wird einerseits -die Netzleitung durch Netzdrosselwicklungen ND₁ und ND_a gesichert und andererseits der Apparat mit einem Schutzgehäuse, das von dem Punkt G aus auf ein festes gewünschtes Potential gebracht werden kann, versehen. Die Hochfrequenzstörungen, die go über die Netzanschlußleitungen· in das Netz überzugehen suchen und von diesem durch die Netzdrosseln ferngehalten werden sollen, verlassen die Klemmen 1 und2 mit annähernd gleicher Amplitude und Phase. Sie durchlaufen demnach die Netzdrosselwicklungen von links nach rechts. Wie sich aus dem in der Figur dargestellten Wicklungssinn beider Drosseln ergibt, haben diese Ströme magnetomotorische Kräfte zur Folge in den Richtungen, wie sie oberhalb und unterhalb von ND₁ und ND, für einen bestimmten Zeitpunkt durch die Pfeile MMK₁ und MMK₂ dargestellt sind. Diese magnetomotorischen Kräfte unterstützen sich in ihrer Wirkung, und es ergibt sich hieraus, daß die Netzdrossel für diese von A ausgehenden Hochfrequenzströme einen sehr hohen induktiven Scheinwiderstand besitzt, der einen Übergang dieser Störströme auf das Netz verhindert. Für den die Netz- n₀ klemmen 3 und 4 verlassenden Netzstrom des Apparats A hingegen stellt die Netzdrossel keinen nennenswerten Widerstand dar. Die Richtungen der durch den Verbrauchsstrom erzeugten magnetomotorischen Kräfte in einem bestimmten Zeitpunkt seien wieder oberhalb und unterhalb der Figur durch die Pfeile MMK₁ und MMK₂' dargestellt unter der Annahme, daß die Stromrichtung in diesem Zeitpunkt von 3 über ND₁, 1, 2 und ND₂ nach 4 verlaufe. Der durch die Differenz dieser Kräfte erzeugte Kraftfluß ist bei sym-

metrischer Ausführung der Drossel praktisch gleich Null, so daß auch der induktive Widerstand der Drossel in bezug auf den Verbrauchsstrom sehr klein wird. Erdet man nun, abweichend von der Darstellung in Fig. 3, das Gehäuse in der bisher üblichen Weise, ausgehend von seinem Punkte G, direkt oder über eine besondere Drossel und entsteht ein Kurzschluß in der durch den Pfeil angedeuteten Weise zwischen Klemme 1 und Gehäuse, so fließt ein Fehlerstrom von 3 über ND₁, 1 und G nach Erde. Für diesen die Klemme 3 verlassenden Fehlerstrom fällt, da er ja ND₂ nicht durchfließt, die kompensierende Wirkung dieser Wicklung fort, so daß der induktive Widerstand des Stromweges sehr hoch wird, was die eingangs erwähnten Nachteile zur Folge hat. Wird aber gemäß der Erfindung in die Erdungsleitung eine Drossel eingefügt, die mit der Netzdrossel gemeinsame Kraftlinien besitzt, beispielsweise, wie in Fig. 3 dargestellt, durch Anbringung auf einem gemeinsamen Eisenkern, so kann man der Erddrossel einen solchen Wicklungssinn

as geben, daß durch diese die kompensierende Wirkung der Netzdrossel A⁷Z)₂ ersetzt wird. Es werde wieder für einen bestimmten Zeitpunkt eine Fehlerstromrichtung von 3 über ND₁, i, G und ED nach Erdeis angenommen.

Dann ergeben sich infolge des oben gekennzeichneten und auch in der Figur zum Ausdruck gebrachten Wicklungssinnes magnetomotorische Kräfte, die, wie durch Pfeile innerhalb der beiden Spulen angedeutet, sich entgegenwirken. Es wird also auf diese Weise wieder die gewünschte Induktivitätsverminderung erzielt. Selbstverständlich kann auch in diesem Beispiel, wie eingangs erwähnt, der Wicklungssinn der Erddrossel so gewählt werden, daß eine Induktivitätserhöhung eintritt mit dadurch \-erbundener Herabsetzung der Fehlerstromstärke.

Die in der Fig. 3 dargestellten Kondensatoren C₁₁ und C_b bzw. C_c und Q verfolgen in bekannter Weise den Zweck, etwaige Unsymmetrien der die Klemmen 1 und 2 verlassenden Hochfrequenzströme auszugleichen. Die Bemessung der Kondensatoren und der Spule ED ist hierbei so gewählt, daß der den Kondensator C₁₁ und die Parallelschaltung von C₁, und ED in Reihe durchfließende Blindstrom Spannungsabfälle von solcher Größe erzeugt, daß Punkt G etwa Erdpotential erhält.

Zur Veranschaulichung der Anwendbarkeit des Erfindungsgedankens sind im vorstehenden drei Fälle eingehender behandelt worden, in denen eine einzige bzw. zwei Netzdrosselspulen mit einer Erddrosselspule vereinigt wurden. In gleicher Weise läßt sich der Erfindungsgedanke natürlich auch in Systemen verwerten, die eine höhere Anzahl von Netzdrosselspulen besitzen, wie z. B. in Drehstromsystemen, gegebenenfalls unter Aufteilung der Erddrossel.

Die angeführten Beispiele können auch in anderer Hinsicht Abänderungen erfahren, sofern bestimmte Sonderwirkungen erzielt werden sollen. So ist es häufig zweckmäßig, Netzoder Erddrosseln mit Hilfe von Kondensatoren auf eine bestimmte Resonanzfrequenz, beispielsweise die Netzfrequenz, abzustimmen, sei es in der Weise, daß der Resonanzkreis als Sperrkreis wirkt, sei es umgekehrt in der Weise, daß nur die Resonanzfrequenz durchgelassen wird. Eine solche Abstimmung der Drosseln ist im übrigen außer in den hier beschriebenen Fällen oft auch dann zweckmäßig, wenn Netz- und Erddrossel nicht miteinander vereinigt sind. So ist es bereits bekannt, Netzdrosseln durch Reihenschaltung von Kondensatoren auf Netzfrequenz abzustimmen. Auf diese Weise wird allen anderen Frequenzen, insbesondere den Störfrequenzen, der Durchgang gesperrt, während der Widerstand für die Ströme von Netzfrequenz sehr klein ist.

Wie auch aus den eingangs gemachten grundsätzlichen Erörterungen hervorgeht, ist zusammenfassend über die Erfindung zu sagen, daß die Vereinigung von Erddrossel und Netzdrossel in allen den Fällen mit Vorteil angewendet werden kann, in denen eine kompensierende oder verstärkende Wirkung durch einen Fehlerstrom hinsichtlich der Leitungsinduktivitäten erwünscht ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Erden der Gehäuse elektrischer Apparate, die über Drosseln _t0o an das Netz gelegt sind, während die Erdung über Erddrosseln erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß Netz und Erddrosseln gemeinsame Kraftlinienwege besitzen und die Wicklungen derart gewickelt bzw. geschaltet und bemessen sind, daß der Erdschlußstrom entweder verringert oder bis zum Ansprechen der Netzsicherungen vergrößert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspulen mit Hilfe von Kondensatoren auf eine Resonanzfrequenz, vorzugsweise die Netzfrequenz, abgestimmt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen