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Einrichtung zum selbsttätigen Abschalten von elektrischen Anlagen
beim Auftreten von Isolationsfehlern Gemäß § 2 Abs. i der Verordnung vom 20: Juli.
1940 ist die Erklärung abgegeben worden, - daß sich der Schutz auf das Protektorat
Böhmen und Mähren erstrecken soll. Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zum selbsttätigen Abschalten von elektrischen Anlagen beim Auftreten von Isolationsfehlern
mit einem Selbstschalter mit Summenstromauslösung. Die bekannten Einrichtungen dieser
Art arbeiten ohne Hilfsleitung. Das Abschalten der Anlage findet nicht sogleich
nach dem Entstehen des Isolationsfehlers, sondern erst dann statt, wenn an der fehlerhaften
Stelle ein sogenannter Fehlerstrom zur Erde fließt. Das ist meist nur dann der Fall,
wenn ein sonst nicht stromführender Teil, z. B. ein Maschinen- oder Gerätegehäuse,
das durch den Isolationsfehler spannungsführend geworden ist, berührt wird, so daß
über die berührende Person eine Verbindung mit der Erde hergestellt wird. Es würde
nun gefunden, daß der Schutz wesentlich günstiger gestaltet werden kann, wenn die
gegen Berührungsspannungen zu schützenden Teile, also z. B. die Maschinen- und Gerätegehäuse,
Lampenfüße u. d,-I., mit einer an Erde angeschlossenen Hilfsleitung verbunden werden.
In diesem Falle findet nämlich die Abschaltung der Anlage nicht erst bei einer möglichen
Gefährdung von Personen, d. h. dann statt, wenn ein unzulässigerweise spannungsführend
gewordener Teil berührt wird, sondern die Einrichtung wirkt so, daß dann, wenn ein
sonst nicht stromführender Teil der Anlage infolge eines Isolationsfehlers spannungsführend
wird, sogleich ein Fehlerstrom zur Erde fließt, so daß der Summenstromauslöser unverzüglich
anspricht und das Abschalten der Anlage herbeiführt. Die geerdete Hilfsleitung hat
aber einen schwerwiegenden Mangel insofern, als ihre Wirkung vollkommen von der
Güte der Erdverbindung abhängig ist. An
einer guten Erdung fehlt
es aber- in den meisten Fällen. Die fast regelmäßig als Hilfserde benutzte Wasserleitung
hat nur selten eine gute Verbindung mit Erde. Die Herstellung einer Erdverbindung
durch Versenken einer Kupferplatte in grundwasserführendes Erdreich ist kostspielig
und in vielen Fällen auch gar nicht möglich.
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Die Erfindung bezweckt, ein sofortiges Abschalten der Anlage beim
Auftreten von gefährlichen Berührungsspannungen herbeizuführen, ohne daß es jedoch
einer Verbinclung der gegen solche Spannung zu schützenden Teile finit Erde b--darf.
Das Wesen der Erfindung besteht in der Anordnung einer vor dein Suininenstromauslöser
an den Nulleiter angeschlossenen Hilfs- oder Schutzleitung, finit der die gegen
Berührungsspannungen zu schützenden Teile der Anlage verbunden sind. Bei dieser
neuen Einrichtung wird das Abschalten der Anlage dadurch herbeigeführt, daß von
dein infolge eines Isolationsfehlers unzulässigerweise unter Spannung gesetzten
Teil ein Fehlerstrom unter Umgehung des Summenstromauslösers in den Nulleiter fließt.
Infolgedessen tritt im Summenstromauslöser ein Differeii-r_stroin auf, der zum sofortigen
Abschalten der fehlerhaften Anlage führt. Wie ersichtlich, ist die neue Einrichtung
nicht von der Güte einer Erdverbindung abhängig, so daß sie in allen Fällen, also
auch dort mit vollem Erfolg angewendet «-erden kann, wo eine gute Hilfserde nicht
zur Verfügung steht und die Anbringung einer bis zum Grundwasser gehenden Erdleitung
wegen der hohen Kosten oder wegen ungünstiger Erdverhältnisse nicht möglich ist.
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Die nach der-Erfindung angeordnete Hilfsleitung wird zweckmäßig zwischen
dem Suminenstroniauslöser und dein davon beeinflußten Ausschalter an die Nulleitung
angeschlossen. Er wird dann finit der Anlage abgeschaltet, so daß der Eintritt einer
Netzspannung in die Schutzleitung der abgeschalteten Anlage verhindert ist.
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Die an den -Nulleiter angeschlossene Hilfs-oder Schutzleitung ist
vorzugsweise ein blanker, d: 1i: nicht isolierter Leiter, der zusammen mit den Stromleitern
in einem gemeinsamen Isolierrohr o. dgl. verlegt oder damit in einem Kabel- o. dgl.
vereinigt wird. Dadurch wird neben der Überwachung des Isolationszustandes der Maschinen,
Geräte, Lampen u. dgl. gleichzeitig auch eine Überwachung des Isolationszustandes
der Leitungen der geschützten Anlage erreicht.. Bei Isolationsfehlern an den Leitungen
fließt nämlich ein Fehlerstrom unmittelbar von den Stromleitungen über die Schutzleitung
zum Nulleiter, wodurch ebenfalls ein sofortiges Abschalten der fehlerhaften Anlage
herbeigeführt wird. Die Schutzeinrichtung nach der Erfindung ist lri allen vorkommenden
Anlagen unabhängig von der Zahl der Strom- oder Phasenleitungen anwendbar. Enthält
<lie Anlage neben den Phasenleitern einen -Nulleiter. dann -#t-ird die erfindungsgemäß
vor dem Summenstroniauslöser an den 1?ulleiter angeschlossene. vorzugsweise blanke
Schutzleitung zusätzlich zu der normalen, isolierten .\tilleitun-- der Anlage vorgesehen.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einfachen Strichen beispielsweise
dargestellt. Dabei ist a ein Schalter, der die zu schützende Anlage, nämlich im
Beispiel einen vier Phasenleitungen U, 1', LI' und eine Nuulleitung o' aufweisenden
Verbraucherstioinkreis mit dem Netz R, S@, T, 0 verbindet. Der Schalter
a. ist als selbsttätiger Ausschalter ausgebildet, d. 1i. er steht unter Wirkung
einer öffnungsfeder b und wird entgegen dieser Feder durch ein Schaltschloß, das
in bekannter Weise mit Freiauslösung versehen sein kann, in der Einschaltstellung
gehalten. Das Schaltschloß, das in der Zeichnung durch eine einfache Klinke c veranschaulicht
ist, steht unter dein Einfluh eines Summenstromausl5sers. Dieser besteht im Beispiel
aus einem Differenztransformator oder Stromwandler d mit vier in den drei Phasenleitungen
U, 1%', ff' und dem Nulleiter o' liegenden Primiirspulen f und einer Sekundärspule
s sowie aus einem polarisierten Relais h., dessen Dauerinagnet i eine Auslösespule
k trägt, die mit der Sekundärspule g des Stromwandlers d verbunden ist. Bei ordnungsmäßigem
Zustand der Anlage ist die Summe der durch die Primärspulen f gehenden Ströme gleich
Null, so daß in dem die Auslösespule h enthaltenden Sekundärkreis kein Strom induziert
wird. Der Dauermagnet i des Relais 1t. hält deshalb gewöhnlich den Anker in entgegen
einer Feder fit, fest. Tritt jedoch infolge eines Isolationsfehlers in der Anlage
in den Primärspulen feine Stromdifferenz auf, dann wird die Auslösespüle h durch
den in der Sekundärspule b induzierten Strom erregt, was zur Folge hat, daß die
Kraft des Dauermagneten i vorübergehend geschwächt wird, so daß der Anker in abfällt.
Dieser löst dann unter Wirkung der Feder n das Schaltschloß c aus, so daß der Schalter
a den Verbraucherstromkreis vom Netz trennt.
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Diese Einrichtung ist an sich bekannt. Erfindungsgemäß ist nun eine
Hilfs- oder Schutzleitung sch, angeordnet, die vor dein Summenstromauslöser, nämlich
zwischen dein Transformator und dein Schalter a an den Nulleiter o' angeschlossen
ist. Die Hilfsleitung sch, besteht aus einem blanken Draht, der zusammen mit den
drei isolierten Phasenleitungen U, h, W und dem isolierten Nulleiter
ö
des Verbraucherstromkreises in einem gemeinsamen Isolierrohr verlegt
oder in einem Kabel o. dgl. vereinigt ist, wobei. er zweckmäßig zwischen den Phasenleitungen
liegt. Die Hilfsleitung ist mit den nicht stromführenden Metallteilen der an die
Verbraucherleitungen U, Il, W, o' angeschlossenen Maschinen, Geräte, Lampen
o. dgl. verbunden, z. B. bei dem in der Zeichnung angedeuteten Motor p mit dem Motorgehäuse,
bei dem ebenfalls in der Zeichnung angedeuteten Heizofen oder Kochherd q mit dem
Ofenmantel und den etwa vorhandenen Reflektoren bzw. mit dem Herdmantel und der
Herdplatte. Bei Vorhandensein von Stromverbrauchern mit Stekkeranschluß wird er
mit dem sonst zur Erdung dienenden Einsteckkontakt r der Steckdose s verbunden,
an den die Schutzleitung des Verbrauchers, z. B. eines Bügeleisens, eines elektrischen
Kochers o. dgl., angeschlossen wird.
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Tritt in den an den Verbraucherstromkreis angeschlossenen Maschinen,
Geräten, Lampen o. dgl. ein Isolationsfehler auf, so daß die Gehäuse oder sonstige
nicht stromführende Teile Spannung erhalten, dann fließt über den Schutzleiter sch
unter Umgehung des Summenstromauslösers ein Fehlerstrom zum Nullleiter, was das
Auftreten eines Differenzstromes auf der Primärseite des Transformators zur Folge
hat, wodurch, wie bereits oben beschrieben, das Abschalten des Stromkreises vom
Netz herbeigeführt wird. Dasselbe ist dann der Fall, wenn die Isolation der Leitungen
fehlerhaft wird und infolgedessen unmittelbar' von diesen Leitungen ein Fehlerstrom
durch den Schutzleiter sch abfließen kann.
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Natürlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf das dargestellte
Beispiel, vielmehr sind Abänderungen desselben sowie andere Ausführungen möglich.
So könnte die zu schützende Anlage nur drei oder gar nur zwei Phasenleitungen enthalten.
Es ist dann nur notwendig, den Nulleiter des Netzes bis zur Anschlußstelle des Verbraucherstromkreises
bzw. bis zum Schalter a zuführen und hier an ihn die Schutzleitung sch anzuschließen.
Der Summenstromauslöser könnte dahin abgeändert werden, .daß an Stehle des gezeigten
polarisierten Relais ein rein elektromagnetisches Relais vorgesehen wird, z. B.
insbesondere ein Stufenrelais nach Patent 684:249. Ferner könnten bei Anwendung
eines polarisierten Relais der Summenstromwandler lt
weggelassen werden, und
es könnten die Stromspulen f unmittelbar auf dem Dauermagneten i des Relais angeordnet
werden. Wenn lediglich ein Schutz der Maschinen-oder Gerätegehäuse und ähnlicher
Teile. gegen Berührungsspannung angestrebt wird, kann an Stelle eines blanken ein
isolierter Schutzleiter verwendet werden. Der Schutzleiter kann gegebenenfalls mit
einer Vorrichtung, zur Begrenzung der Stromstärke in diesem Leiter versehen sein,
z. B. könnte zwischen Schutzleiter und Nulleiter ein entsprechender Widerstand eingeschaltet
sein, und zwar insbesondere dann, wenn ein zum Überwachen des Isolationszustandes
der Leitungen dienender blanker Schutzleiter verwendet wird. Endlich könnten gewünschtenfalls
zum Schutze der Maschinen- und Gerätegehäuse u. dgl. einerseits und zum Überwachen
der Leitungen auf Isolationsfehler andererseits zwei getrennte Schutzleiter angeordnet
werden,. von denen der eine isoliert und der andere blank ist.