-
Schutzschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung,
die beim Auftreten einer unzulässigen Spannungsdifferenz zwischen Null= leiser und
Erde eine zeitverzögerte Auslösung von Stationsschutzschaltern bewirkt und bei der
;ein vorzugsweise außerhalb des Stationsschutzschalters angeordnetes thermisches
Zeitrelais, das zwischen den Nulleiter und Erde geschaltet ist, den Stromkreis einer
Auslösespule innerhalb des Schalters schließt. Ihr Wesen besteht darin, daß im Stromkreis
des thermischen Zeitrelais eine eisenhaltige Induktivität liegt, die derart bemessen
ist, daß sie bei geringen Spannungsdifferenzen zwischen Nulleiter und Erde, bei
denen keine Auslösung erfolgen soll, eine verhältnismäßig schwache Sättigung .fährt
und bei wachsenden Nulleifierspannungen infolge ihrer starken magnetischen Sättigung
ein schnelles Steigen der Heizung des thermischen Zeitrelais bewirkt.
-
Bekanntlich werden als Schutzmaßnahme gegen zu hohe Berührungsspannung
im Nullleiter von Netzen sog. Stationsschutzschalter vorgesehen, auf deren Schloß
ein Fehlerspannungsauslöser wirken soll, falls die Spannung des Nulleiters gegen
Erde aus irgendeinem Grunde die festgesetzte Gefahrgrenze überschreitet: Im Interesse
der Sicherheit für Mensch und Tier läge es, diese Grenze möglichst niedrigzuhalten
und beim Überschreiten derselben den gefährdeten Netzteil allerschnellstens abzuschalten.-Dieses
Höchstmaß an Sicherheit läßt sich aber im Interesse eines ungestörten Betriebes
nicht jerreichen, weil aus verschiedenen Ursachen kurzzeitige Spannungserhöhungen
im Nullleiter zu häufig auftreten. Daher :erheischt der Betrieb die Zulassung möglichst
hoher Auslösespannungen während möglichst langer Zeit.
-
Um zwischen diesen einander widersprechenden Bedingungen zu vermitteln,
wurden vom VDE die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen AusMsevorschriften aufgestellt.
| Vorwiderstand Auslöse- Auslösezeit |
| Spannung |
| o ,Q ¢o V 00 |
| ' 5 0 Q 65 V 0,2 ... 30" |
| 50 S2 125 V 0,2 ... zo" |
Die Messung der Fehlerspannung geschieht zwischen Nulleiter und einem sog. Hilfserder.
Dieser wirkt wie ein veränderlicher Vorwiderstand vor der als Meßgerät dienenden
Fehlerspannungsspule. Die Abhängigkeit der Auslösespannung und der Aüslösezeit von
der Größe dieses Vorwiderstandes ergibt sich aus der obenstehenden Tabelle.
Die
gewünschte Spannungszeitcharakteristik läßt sich auf verschiedene Weise erzielen.
Ein bereits vorgeschlagener Weg be-=: steht darin, einen thermisch wirkenden Auslöser
mit kleiner Zeitkonstante in den Sekundärkreis eines Transformators zu legen, des-'
sen Magnetsystem schon bei relativ geringen Spannungen zwischen Nulleiter und Erde
magnetisch relativ stark gesättigt ist. Durch Abgleichung eines solchen Auslösers
und Transformators soll ersterem eine solche Spannungszeitcharakteristik verliehen
werden, daß die Spannung, bei der die Auslösung im Zeitbereich von etwa 3o Sekunden
erfolgen soll, möglichst wenig über der Grenzspannung liegt, während beim Erreichen
der vollen Phasenspannung zwischen Nulleiter und Erde die Auslöseverzögerungszeit
länger ist als die -sich nach der Wärmezeitkonstanten des Auslösers ergebende Auslöseverzögerungszeit.
-
Diese bekannte Anordnung einer Schutzschaltung .arbeitet jedoch nur
mit einem Bimetallauslöser; besteht daher eine ziemlich hohe, aber nur kurzzeitige
Nulleiter- bzw. Berührungsspannung, die wesentlich unterhalb der angesetzten Grenzspannung
liegt, so wird zwar eine unerwünschte Auslösung des Stationsschalters nicht erfolgen,
doch erfährt der thermisch wirkende Auslöser eine Vorheizung, wodurch eine nachfolgende,
ebenfalls nur kurzzeitige Fehlerspannung von an sich zum Auslösen nicht ausreichender
Höhe zu einer nicht erwünschten Auslösung führen kann.
-
Bei der bekannten Anordnung ist weiterhin ein den thermisch wirkenden
Auslöser speisender Transformator vorgesehen, dessen Sättigung bewirken soll, daß
bei hohen und höheren Spannungen des Nulleiters gegen Erde die Auslösezeiten nicht
unter gewisse Mindestbeträge sinken; dazu wird die Beheizung bei höheren Spannungen,
die an sich höhere Heizströme zur Folge haben würden, verhältnismäßig verringert.
-
Im Interesse eines sicher und schnell wirkenden Berührungsschutzes
besteht aber das Bedürfnis, für ein besonders schnelles Abschalten des Netzes auch
in den Fällen hoher Spannungen, selbst wenn sie erfahrungsgemäß nur selten auftreten,
zu sorgen.
-
Durch die Berührungsschutzschaltung nach der vorliegenden Erfindung
soll ein einwandfreies Abschalten auch in Fällen hoher Fehlerspannungen stattfinden
und eine unerwünschte Auslösung bei einer Folge nur kurzzeitiger Fehlerspannungen
von an sich zur Auslösung nicht ausreichender Höhe mit Sicherheit ausgeschlossen
werden.
-
Die Erfindung geht hierzu von den bekannten Stationsschaltern aus,
bei denen zwei Auslöser vorhanden sind, von denen nur j der eine in Gestalt einer
Auslösespule innerhalb des Stationsschalters angeordnet sein :;fuß, wogegen die
andere, als thermisches ". trelais ausgebildete und im Auslösefall den Stromkreis
der Auslösespule schließende außerhalb des Stationsschalters angeordnet sein kann.
Die bekannten Schalter dieser Artermöglichten jedoch nicht die Erzielung der gewünschten
Spannungszeitch.arakteristik., Ihre Erzielung wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht,
daß im Stromkreis des thermischen Zeitrelais eine eisenhaltige Induktivität liegt,
die derart bemessen ist, daß sie bei geringen Spannungsdifferenzen zwischen Nulleiter
und Erde, bei denen keine Auslösung erfolgen soll, eine verhältnismäßig schwache
magnetische Sättigung erfährt und bei wachsenden Nulleiterspannungen infolge ihrer
starken magnetischen Sättigung ein schnelles Steigen der Heizung des thermischen
Zeitrelais bewirkt. Bei Nulleiterspannungen, bei denen unter keinen Umständen eine
Auslösung erfolgen soll, überschreitet die magnetische Sättigung der eisenhaltigen
Induktivität nicht den Bereich des geradlinigen Anstiegs der Magnetisierungskurve,
d. h. daß bei Nulleiterspannungen. bis zum Bereich von etwa 40 bis 50 Volt
die Induktivität eine sehr starke Drosselwirkung ausübt. Sorgfältig durchgeführte
Versuche mittels des Erfindungsgegenstandes haben ergeben, daß die bei ihm stattfindende
Vorheizung des thermischen Zeitrelais die gewollte Auslösecharakteristik nicht beeinträchtigt.
Dies ist auf die starke Drosselwirkung der Induktivität bei verhältnismäßig kleinen
Nulleiterspannungen zurückzuführen. Bei sehr hohen Nttlleiterspannungen findet jedoch
infolge der dann vorhandenen starken Sättigung der eisenhaltigen Induktivität keine
Zunahme der Drosselwirkung statt, worauf in diesem Fall das schnelle bzw. starke
Steigen der Heizung des thermischen Zeitrelais zurückzuführen ist, die eine unerwünschte
Streckung der Auslösezeit verhütet.
-
Der obenerwähnte Vorschlag zur Erzielung der gewünschten Auslösechar
akteristik ging von der Vorstellung aus, daß es hierbei unbedingt erforderlich sei,
den als thermischen Zeitauslöser dienenden Bimetallstreifen trotz der zur Verfügung
stehenden sehr kleinen Auslöseenergie derart auszubilden, da.ß er in der Lage sei,
ein Schalterschlütß mechanisch zu öffnen. Beim Erfindungsgegenstand wird diese Bedingung
nicht gestellt, wodurch sich die Voraussetzung für die günstigere Lösung des Problems
ergibt.
-
Offenbar hat der Transformator bei dem in Frage stehenden Lösungsvorschlag
eine ganz andere Bedeutung als die eisenhaltige Induktivität des Erfindungsgegenstandes.
Der
Transformator bewirkt, solange er unterhalb des Knies der Magn:etisierungskurve
arbeitet, eine der Zunahme der Nulleiterspannung entsprechende Zunahme der Heizung
des thei= mischen Zeitauslösers, und wenn 'er über dem genannten Knie arbeitet,
eine Drosse-Iung der Heizwirkung. Im Gegensatz dazu wird beim Erfindungsgegenstand,
solange die :eisenhaltige Indukthrität unterhalb des Knies der Magnetisierungskurve
arbeitet, die Heizung entsprechend der Zunahme der Nullleiterspannung gedrosselt,
wogegen in dem über dem genannten Knie liegenden Arbeitsbereich keine zusätzliche
Drosselung der Heizung erfolgt.
-
Die thermische Zeitauslösevorrichtung soll @erfiddungsgemäß durch
einen sowohl unmittelbar ,als auch mittelbar strombeheizten Bimetallstreifen gebildet
sein, und es soll durch sie die -Auslös.espule innerhalb des Schalters zwischen
Nulleiter: und Erde geschaltet werden. Durch ?die genannte Zweifachbeheizung wird
eine genügend starke Erwärmung des BimetaIlstreifens ,erreicht, und dadurch, daß
,er die Auslösespule innerhalb des Stationsschalters zwischen Nulleiter und Erde
schaltet, wird der an sich vorhandene Nachteil dieser Zweifachbeheizung, der in
einer Nachheizung des Bimetallstreifens besteht, wieder aufgehoben. Wenn mach Aufhören
der unzulässig hohen Spannungsdifferenz zwischen Nulleiter und Erde der Bimetallstreifen
sich infolge der .mittelbaren Nachheizung durch seine Heizwicklung weiter derart
krümmt, daß der Stromkreis der Auslösespule durch ihn geschlossen wird, so erfolgt,
da die genannte Spule durch ihn zwischen t\Tulleiter und Erde geschaltet wird, nach
Aufhören: der unzulässig , hohen Spannungsdifferenz trotz Schließung des genannten
Stromkreises keine Auslösung des Stationsschalters, weil die jetzt vorhandene Fehlerspannung
nicht ausreicht, um die Spule zum Ansprechen zu bringen.
-
Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, das Gegenkontaktstück des
vom Bimetallstreifen gesteuerten Kontaktstückes von einem nicht strombeheizten Temperaturkompensationsmetallstreifen
in an -sich bekannter Weise zu steuern.
-
Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.
-
Die urverzögerte Fehlerspannungsspule i, die auf das- Schloß z des
Stationsschalters,3 einwirkt, wird derart bewickelt und eingestellt, daß sie nicht
wirksam werden kann, wenn die ihr aufgedrückte Fehlerspannung unterhalb der untersten
zulässigen Grenze bleibt. Das eine Ende der Fehlerspannungsspule i ist am Nulleiter
O angeschlossen, das andere Ende an einem Kontakt 4 der Verzögerungseinrichtung
5. Der Kontakt ¢ steht dem sehr schmalen, dünnen Bimetallstreifen 6 gegenüber, der
sowohl direkt vom Fehlerstrom als auch von der Widerstandsheizwicklung 7 erwärmt
wird. Der Birnetalistreifen 6 liegt mit seinem einen Ende an Erde E. Der Wicklung
7 selbst ist eine Eisendrosselspule 8 vorgeschaltet, die ihrerseits @ebenfalls am
Nulleiter O angeschlossen ist. Durch die Wahl der Sättigungsverhältnisse des Drosseleisens
wird erreicht, daß neben dem die Heizwicklung 7 durchfließenden Strom auch der den
Bimetallstreifen 8 unmittelbar beheizende Strom schnell anwächst, so daß infolge
des schnellen Ansteigens der Heizung des thermischen Zeitauslösers die Auslösezeit
in wünschenswerter Weise abgekürzt wird. Sobald der Kontakt zwischen 4 und 6 geschlossen
ist, fließt ein Auslösestrom vom Nulleiter über die Spule i über den Bimetallstreifen
6 zur Erde.'. Die Wicklungsverhältnisse können dabei leicht so gewählt werden, daß
der Mehrverbrauch der Spule i beim Zuschalten zum Drosselkreis 7, 8 keinen nachteiligen
Spannungsverlust im Hilfserder E ergibt. Die Auslösung unterbleibt jedoch, falls
während des Fortschreitens des Bimetallstreifens 6 infolge der Nachheizung durch
Wicklung 7 die Fehlerspannung wieder unterhalb des unzulässigen Wertes gesunken
sein sollte, weil dann trotz nachträglichen Schließens der Kontakte 4, 6 die Spule
i nicht genügend Spannung zum Anzug des Ankers erhält.
-
Zum Ausgleich des Einflusses veränderlicher Raumtemperatur kann der
Kontakt 4 ebenfalls von einem Bimetallstreifen getragen werden, wobei seine Bewegung
bei Erwärmung gleichsinnig mit der Ausbiegung des Streifens 6 sein muß. Die Erdungs-
und Nulleiterverbindungen der einzelnen Stromkreise können vertauscht werden, ohne
daß eine Veränderung der Wirkungsweise eintritt. Das Verzögerungskästchen 5 kann
zweckmäßigerweise innerhalb der Station unmittelbar auf den Nulleiter aufgeschraubt
werden, so daß die Nulleiternvischenleitung fortfallen kann. Gegebenenfalls können
die Verzögerungsglieder des Kästchens 5 auch im Schalter selbst untergebracht werden.
Auch ist es möglich, eine der üblichen Prüfeinrichtungen vorzusehen, bei deren Gebrauch
eine künstliche Fehlerspannung zwischen Auslösegliedern und Erde hervorgerufen wird.