DE875679C

DE875679C - Beruehrungsschutzschaltung fuer elektrische Geraete

Info

Publication number: DE875679C
Application number: DES4660D
Authority: DE
Inventors: Fritz Lucan
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1942-11-21
Filing date: 1942-11-21
Publication date: 1953-05-04

Description

Berührungsschutzschaltung für elektrische Geräte

Um an elektrischen Geräten, falls sich ein Isola-

tionsfehler an ihnen einstellt, das Berühren von

Spannungen zu vermeiden, ist es bekannt, zwischen

der Masse des Gerätes und einer Hilfserde eine

Auslösespule anzuordnen, die beim Auftreten von

Fehlerstrom das Abschalten des elektrischen Gerätes

veranlaßt. Die Wirksamkeit dieser Schutzeinrich-

tung muß aber von Zeit zu Zeit nachgeprüft werden,

da ein Fehler in der zur Hilfserde führenden Schutz--

Leitung nicht zu ein-ein Ansprechen der Schutzein-

richtung führt. Es besteht die Möglichkeit, daß der

Benutzer des Gerätes das Nachprüfen der Schutz-

einrichtung unterläßt. Da beim Nachprüfen vor dem

.\nlren Gier Prüfspannung die elektrische Verbin-

dung zwischen der Auslösespule und dem Gerät auf-

getrennt und danach wieder geschlossen werden

cnuß, besteht weiterhin die Möglichkeit, daß nach

erfolgter Prüfung keine einwandfreie Verbindung

wieder entsteht.

Die Erfindung betrifft eine Berührungsschutz-

schaltung, die keine Nachprüfung durch den Be-

nutzer der Anlage erfordert und mit einer nicht zu

unterbrechenden Schutzleitung arbeitet. Die Berüh-

rungsschutzschaltung hat eine in der Schutzleitung

zwischen der Masse des Gerätes und der Hilfserde

angeordnete Auslösespule. Erfindungsgemäß, durch--

fließt ein Prüfstrom dauernd den Auslösestromkreis,

und ein von ihm erzeugtes Magnetfeld wird-mit

Hilfe eines Gegenmagnetfeldes derart überwacht, daß bei Ungleichheit der Felder der Auslösemechanismus eines Schalters betätigt wird.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Fig. i bis q. zeigen vier verschiedene Ausführungsbeispiele. Die Fig. 5 und 6geben konstruktive Einzelheiten für die in F7g. 3 idargestellte Bierührungsschutzschaltmg wieder.
Das zu schützende Gerät G ist über :den Schalter S an die Netzleitungen angeschlossen. In den Fig. i bis 3 sind die Netzleitungen mit R, O bezeichnet, wobei die Leitung O an die Erde E angeschlossen ist. In der Fig. q. befindet sich das Gerät G an den urgeerdeten Netzleitungen R, S. Mit M ist die Masse des Gerätes, z. B. das Metallgehäuse, bezeichnet. Bei allen Ausführungsbeispielen gehört zur Berührungsschutzachaltung eine Hilfserde He. Zwischen der Masse M und der Hilfserde He befindet sich eine Magnetspule-i, die die weiter unten beschriebene Wirkungsweise hat.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. i ist außer der Magnetspule i eine zweite Magnetspule 2 vorhanden, die -an die beiden Netzleitungen R, 0 argeschlossen ist. Ein zwischen den beiden Enden der Magnetspule 2 befindliches Potential, z. B. das Potential einer Anzapfung der Magnetspule, ist über einen Kondensator C an die Masse M des Gerätes Tierangeführt. Die Masse steht dauernd unter Spannung gegenüber der Hilfserde He. Diese Spannung läßt sich bei geeigneter Bemessung des Kondensators C und der Magnetspule i so klein halten, daß sie hei Berührung der Masse des Gerätes nicht gefährlich wirkt.
Bei dieser Berührungsschutzschaltung fließt dauernd ein Prüfstrom von der Anzapfung der Magnetspule 2 über den Kondensator C, die Masse M und die Magnetspule i zur Hilfserde He. Durch die Magnetspule i wird ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld wird durch ein Gegenmagnetfeld der Magnetspule 2 überwacht. Beide Magnetfelder halten sich, wenn keine Störung. in der Anlage auftritt; im Gleichgewichtszustand, indem sie einen in der Zeichnung nicht dargestellten Aus-Löseanker unbeeinflußt lassen: Tritt eine Unterbrechung in der Schutzleitung auf oder vermindert sich die Ableitung zur Hilfserde, so vermindert sich oder hört vollständig auf der zur Hilfserde fließende Prüfstrom. Damit wird das von der Magnetspule i erzeugte Magnetfeld verringert, wodurch das Gleichgewicht der Magnetfelder gestört wird. Bei Störung des Gleichgewichtes der Magnetfelder führt der Auslöseanker seine Auslösebewegung aus, wodurch der Schalter S ausschaltet. Die Berührungsschutzschaltung wird also dauernd von einem über den Auslösestromkreis fließenden Prüfstrom überwacht, so daß eine Nachprüfung der Anlage durch den Benutzer, insbesondere ob die von der Masse zur Hilfserde führende Schutzleitung in Ordnung ist, nicht .notwendig ist. Tritt ein Fehler in der Isolation des Gerätes auf, so verstärkt sich der zwischen der Masse M und der Hilfserde He fließende Strom. Das Magnetfeld der Magnetspule i wird dadurch verstärkt und überwiegt das Gegenmagnetfeld der Magnetspule 2, wodurch wieder eine Auslösebewegung des Auslöseankers und damit die Ausschaltung des Schalters zustande kommt.
Die Fig. 2 zeigt eine der Fig. i ähnliche Berührungsschutzschaltung, bei der in Reihe mit den Magnetspulen i und 2 Gleichrichterventile 3, q. und parallel dazu Kondensatoren 5, 6 geschaltet sind.
Von einem aus den Kondensatoren 7, 8 bestehenden Spannungsteiler, der sich zwischen den Netz-' Leitungen R, O befindet, ist ein Potential an die Masse M des Gerätes herangeführt. Diese Berührungsschutzschaltung ist bei Anschluß an Wechselstromnetze zweckmäßig, da sie von den etwaigen Phasenverschiebungen zwischen den Strömen dei Magnetspule i und 2 unabhängige Verhältnisse ergibt. Die Wirkungsweise der Berührungsschutzschaltung entspricht im übrigen der Berührungsschutzschaltung nach Fig. i.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist außer den Magnetspulen i und :2 eine dritte Magnetspule 9 vorgesehen. Diese Magnetspule ist zwischen die Netzleitung R und die Masse M des. Gerätes angeschlossen. Es fließt dauernd ein Prüfstrom von der Netzleitung .?2 über die Magnetspule 9, die Masse M und die Magnetspule i zur Hilfserde He. Die drei Magnetspulen sind so geschaltet, daß das von dem Prüfstrom in der Magnetspule 9 erzeugte Feld durch ein Gegenmagnetfeld überwacht wird, das sich aus den beiden Magnetfeldern der Spulen i und 2 zusammensetzt: Wenn in der Anlage keine Störung vorhanden ist, so steht das Magnetfeld der Magnetspule 9 im Gleichgewicht mit den Magnetfeldern der Magnetspulen i und 2. In diesem Fall ist wieder der Auslöseanker unbeeinflußt: Ist die Schutzleitung unterbrochen oder ihre Ableitung vermindert, so überwiegt das Gegenmagnetfeld der Magnetspüle i und 2 das Magnetfeld der Spule 9 und veranlaßt die Auslösebewegung des Auslöseankers. Bei einem Isolationsfehler in dem Gerät vergrößert sich der Strom in der Magnetspule i, so daß. ebenfalls eine Störung indem Gleichgewicht der Magnetfelder entsteht, die eine Bewegung des Auslöseankers zur Folge hat. In die Leitung von der Magnetspule 9 zur Masse kann eine Prüftaste eingebaut werden, die eine Nachprüfung der Wirksamkeit der Schutzschaltung gestattet. Da diese Taste im Prüfstromkreis angeordnet ist, wirrt sie mit überwacht, so daß die eingangs geschilderten Nachteile der Prüftaste, die den bekannten Einrichtungen anhaften, hierbei nicht auftreten.

Die Berührungsschutzschaltung der Fig. 3 hat den Vorzug, daß die von dem Netzentnommene Prüfspannung nicht durch besondere Mittel, z. B. Widerstände oder Kondensatoren, auf die beim körperschlußfreien Betrieb erforderliche geringe Höhe von beispielsweise io V gegen die Hilfserde abgesenkt zu werden braucht. Außerdem ist das durch den Prüfstrom erzeugte Potential der Masse gegenüber der Hilfserde infolge des verhältnismäßig geringen Widerstandes der Magnetspule i nur sehr gering, so daß auch bei höchster Empfindlichkeit des Bedienenden keine physiologischen Wirkungen eintreten können. -

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. q. sind

beide Netzleitungen R, S nicht geerdet, so daß sie

keine -definierte Spannung gegenüber der Hilfs-

erde He aufweisen. Als Spannungsquelle für den

Prüfstrom dient ein Kleintransformator T, der zwi-

schen die Netzleitungen R, S geschaltet ist. Das

eine Ende der Sekundärwicklung ist an die Magnet-

spule 9 und das andere Ende der Sekundärwicklung

an die Hilfserde He angeschlossen. Als Spannungs-

quelle für den Prüfstrom kann auch ein Transfor-

mator verwendet werden, dessen Sekundärwicklung,

wie in der Fig. q. dargestellt ist, an die Hilfserde

und die Magnetspule 9 angeschlossen ist, dessen Pri-

märwicklung aber unmittelbar von der Magnet-

spule 2 gebildet wird. Die Wirkungsweise dieser

Berührungsschutzschaltung entspricht völlig der in

Fig. 3 dargestellten Schaltung.

Die Fig. 5 und 6 geben konstruktive Einzelheiten

für die in Fig. 3 dargestellte Berührungsschutzschal-

tung wieder. Es handelt sich um die Anordnung der

Magnetspulen 1,, 2 und 9 und ihr Zusammenwirken

auf den Auslösemechanismus des Schalters. Auf der

einen Seite der Achse A, A sind die Magnet-

spulen 1, 2 und auf der anderen Seite ist die Magnet-

spule 9 angeordnet. In der Achsrichtung A, A

befindet sich die Drehachse eines doppelarmigen

Ankers i o, dessen einer Arm ii unter Einwirkung

der Magnetspulen 1, 2 und dessen anderer Arm 12

unter Einwirkung der Magnetspule 9 steht. Es wirkt

also auf den Arm 12 das von dem Prüfstrom er-

zeugte Magnetfeld und auf den Arm i i das Gegen-

magnetfeld, das sich aus den Magnetfeldern der

Spulen i und 2 zusammensetzt. Der Anker io steuert

ein Auslöseglied 13 des weiter nicht gezeichneten

Schalters. Dieses Auslöseglied ist um die Achse B, B

drehbar, die senkrecht zur Achse A, A steht. Es

geschieht in der Weise, daß jeder Arm 11, 12 des

Ankers io einen Vorsprung 14, 15 hat, der bei der

Anzugsbewegung jedes Armes dem Auslöseglied 13

eine Drehbewegung erteilt. Diese Anordnung der

Magnetspulen und das Zusammenwirken mit dem

Auslöseglied des Schalters hat den Vorzug einer

sehr gedrängten Bauart, so daß die zur Berüh-

rungsschutzschaltung gehörende Einrichtung einen

kleinen Raumbedarf hat.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Berührungsschutzschaltung mit einer in der Schutzleitung zwischen der Masse des Gerätes und der Hilfserde angeordneten Auslösespule, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prüfstrom dau-

ernd die Schutzleitung durchfließt und ein von ihm erzeugtes Magnetfeld mit Hilfe eines Gegen- magnetfeldes derart überwacht wird, daß bei Ungleichheit der Felder der Auslösemechanis- mus eines Schalters betätigt wird. z. Berührungsschützschaltung nach An- spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ma- gnetfeld des Prüfstromes von der zwischen der Masse (M) des Gerätes (G) und der Hilfserde (He) angeordneten Auslösespule (i) und das Gegenmagnetfeld von einer an den Netzleitun- gen (R, O) liegenden Magnetspule (2) erzeugt wird, wobei ein zwischen den Netzleitungen (R, O) liegendes Potential an die Masse (M) des Gerätes herangeführt ist (Fig. i und 2). 3. Berührungsschutzschaltung nach An- spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ma- gnetfeld des Prüfstromes von einer zwischen einer Speisequelle des Prüfstromes und der Masse (11T) des Gerätes (G) liegenden Magnet- spule- (9), und das Gegenmagnetfeld von einer zwischen den Netzleitungen liegenden Magnet- spule (2) und der zwischen der Masse (1L7) des Gerätes (G) und der Hilfserde (He) angeord- neten Auslösespule (i) erzeugt wird. q.. Berührungsschutzschaltung nach An- spruch i und 3 für geerdete Netze, dadurch ge- kennzeichnet, daß als Speisequelle des Prüf- stromes einer der Pole der Netzleitung dient (Fig. 3). 5. Berührungsschutzschaltung nach An- spruch i und 3 für nicht geerdete Netze, da- durch gekennzeichnet, daß als Speisequelle -des Prüfstromes ein an die Netzleitung angeschlos- sener Transformator (T) dient, dessen eine Se- kundärleitung an die Hilfserde (He) und dessen andere Sekundärleitung an die das Magnetfeld des Prüfstromes erzeugende Magnetspule (9) angeschlossen ist (Fig. q.). 6. Anordnung für Berührungsschutzschaltung nach Anspruch i und 3, gekennzeichnet durch einen doppelarmigen Anker (io), dessen einer Arm (12) unter Einwirkung der zwischen der Speisequelle des Prüfstromes und der Masse (,11) des Gerätes (G) liegenden Magnetspule (9) und dessen anderer Arm (i i) unter Einwirkung der zwischen den Netzleitungen liegenden Magnet- spule (2) und der zwischen der Masse (ILZ) des Gerätes (G) und der Hilfserde (He) befindlichen Auslösespule (i) steht, wobei beide Arme ein einziges Auslöseglied (13) des Schalters steuern.