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Schaltungsanordnung zur gefahrlosen Uberprüfung des Berührungsschutzes
in elektrischen Anlagen
Der Berührungsschutz in elektrischen Anlagen soll verhüten,
daß Gehäuse elektrischer Maschinen und Geräte gefährliche Spannungen gegen Erde
annehmen können. Er ist in Vierleiternetzen mit geerdetem Sternpunkt so ausgefühst,
daß eine der zu erwartenden Beanspruchung angepaßte leitende Verbindung zwischen
zu schützendem Körper und geerdetem Sternpunkt hergestellt wird, die sicher verhütet,
daß der betreffende Körper gefährliche Spannung annehmen kann.
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In Netzen mit offenem Sternpunkt werden die einzelnen Körper elektrischer
Maschinen und Ge räte geerdet. Da dies infolge der hohen Anfordfr rungen, die an
diese Erden gestellt werden, fast unmöglich ist, werden in der Regel alle Körper
an einen gemeinsamen Schutzleiter angeschlossen und dieser mehrfach geerdet.
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Die Prüfung dieses Berührungsschutzes geschah hisher und geschieht
auch noch durch Feststellung des Leitungsdurchganges zwischen zu schützendem Körper
und dem Null- oder Schutzleiter vermittels eines Leitungsprüfers oder auch einer
Widerstandsbrücke. Die Meßspannung wird dabei einer dem Meßgerät eingebauten Batterie
entnommen, die je nach Gerät zwischen o,8 und 4 Volt liegt.
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Es ist ganz klar, daß diese Messung eigentlich nur theoretischer
Natur ist, bei der sich geringste Übergangs widerstände an Kontaktstellen störend
bemerkbar machen müssen und auch machen.
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Außerdem können in der Regel nur Teilmeseungen
zwischen
Körper und Nulleiter, nicht aber zwischen Körper und Sternpunkt oder Körper und
Schutzleitererde durchgeführt werden. Was nicht gemessen werden kann, wird dann
nachgerechnet, wobei die Angaben der Elektriker als Unterlagen dienen.
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Da diese Art der Prüfung einer Vielfalt von Störungen, Irrtümern
und Fehlschlüssen Tür und Tor offen läßt, führte sich eine andere Meßmethode ein,
bei der als Meßspannung die Netzspannung verwendet wird, die über einen Festwiderstand
an den zu prüfenden Körper angelegt wird (vgl. Fig. I, 2a und 2b).
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Nach Fig. I wird zwischen Null- und Außenleiter eines Vierleiternetzes
ein Festwiderstand Ro gelegt. Die Widerstände im Zuge des Null- und Außenleiters
sind durch die Widerstände Ra dargestellt.
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Der Strom, der in dieser Anordnung zum Fließen kommt, ist gegeben
durch die treibende Netzspannung, die Leitungswiderstände Ra und den Festwiderstand
Ro nach der Beziehung e Ru + pa Fig. 2 a zeigt dieselbe Anordnung, jedoch wird hier
der durch die Schaltungsanordnung getriebene Strom mit Hilfe des Amperemeters gemessen.
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Fig. 2 b enthält als Meßgerät ein Voltmeter, das dazu dient, den
am Festwiderstand gemessenen Spannungsabfall e nach der Beziehung e e R Ra+R0 zu
messen.
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Der hierbei gemessene Spannungsabfall e läßt genaue Rückschlüsse
auf den Leitungswiderstand des Schutzleiters zu.
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Diese bekannte Meßmethode hat den nicht zu unterschätzenden Vorzug
der Wirklichkeitsnähe.
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Sie arbeitet mit Meßströmen bis zu 1I A. Dabei werden schadhafte Kontakte
und korrodierte Stellen in der Schutzleitung aufgedeckt, und zwar im gesamten Zug
der Schutzleitung bis zum Sternpunkt des Netzumspanners. Meßfehler und daraus entstehende
Fehlschlüsse sind so gut wie ausgeschlossen. Diese Meßmethode stellt daher die zuverlässigste
dar, die bei der Prüfung des Berührungsschutzes in elektrischen Anlagen Anwendung
finden kann. Auch in offenen Netzen können die Prüfungen nach derselben Methode
vorgenommen werden, wenn man für die Dauer der Messung dile Durchs chlags icherung
überbrückt.
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Besonders nützlich, ja geradezu unentbehrlich erweist sich diese
Art der Prüfung in Grubennetzen über und unter Tage. Dort, wo meistens Vergleichs.-erden
fehlen, die meisten Körper elektrischer Maschinen und Geräte natürlich aber höchst
unzureichend geerdet sind, kann die bekannte Methode mittels Meßbrücke nur annäherungsweise
zu einem Ergebnis führen. Gerade hier aber sind sichere Meßresultate wegen der erhöhten
Gefahr bei mangelhaftem Berührungsschutz von allerhöchster Wichtigkeit.
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Jedoch ist diese Prüfmethode mit Netzspannung wegen der damit verbundenen
Gefahr der Spannungsverschleppung nicht ohne weiteres anwendbar. Es ist durchaus
möglich und kommt auch immer wieder vor, daß der Schutzleiter unterbrochen ist.
Hängen nun vor der Bruchstelle noch mehrere zu schützende Körper, so können alle
diese Körper unter volle Spannung gesetzt werden.
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Fig. 3 zeigt drei Motoren, die an denselben Schutzleiter angeschlossen
sind. Der Null- oder Schutzleiter hat bei U eine Unterbrechung. Der Phase T wird
vermittels einer Prüfspitze Spannung entnommen und über einen Festwidefstand Ro
an den Körper a gelegt. Damit werden ebenfalls die Körper b und c unter Spannung
gesetzt. Die Spannung wird zu diesen Körpern verschleppt.
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Diese Möglichkeit der Spannungsverschleppung ist aber im allgemeinen
und besonders in Grubenbetrieben nicht tragbar, diese Meßmethode ist daher nicht
anwendbar. Es sind zwar schon Prüfschaltungen bekannt, die nach dem angegebenen
Prinzip arbeiten und in Reihe mit dem Belastungswiderstand liegende thermisch oder
elektromagnetisch wirkende Selbstauslöser besitzen, die aber ein unbeabsichtigtes
Verschleppen der Meßspannung nicht verhindern, weil diese Anordnungen auf den Prüfstrom
ansprechen und für andere Zwecke die Durchführung der Schaltung vornehmen (ETZ,
37, S. In58, Abb. 3).
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Weiterhin sind ähnliche Anordnungen bekanntgeworden, die Zeitrelais
besitzen, die als Meßzeitbegrenzer arbeiten mit Rücksicht auf die im Belastungswiderstand
umzuwandelnden Wärmemengen. Die Abschaltung des Prüfstromes jedoch muß bei dieser
Anordnung von Hand aus über einen Druckknopfschalter vorgenommen werden. Dabei entstehen
aber gegebenenfalls sekundenlang anstehende versohleppte Spannungen, die tödlich
sein können.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur gefahrlosen
Überprüfung des Berührungsschutzes in elektrischen Anlagen, bei der ein zwischen
Nulleiter und Phase angelegter Belastungswiderstand auf Grund des an ihm entstehenden
Spannungsabfalles Rückschlüsse auf den Leitungswiderstand zwischen Sternpunkt des
Netztranformators und dem zu prüfenden Körper der angeschlossenen Geräte oder Maschinen
zuläßt und bei der eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die bei Erreichen eines
Höchstwertes des Kreiswiderstandes die Prüfspannung abschaltet. Die Nachteile der
bekannten Anordnungen werden erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß die Schalteinrichtung
durch den Spannungsabfall an dem Belastungswiderständ gesteuert ist und den Belastungswiderstand
auf das Netz aufschaltet und diesen momentan dann abschaltet, wenn der Spannungsabfall
am Belastungswiderstand die Differenz aus der Netzspannung und der zulässigen Berührungsspannung
unterschreitet.
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Die Erfindung wird im Ausführungsbeispiel an Hand der Fig. 4 erläutert.
Die Anordnung besteht aus einem Festwiderstand Ro, an den auf der einen Seite die
Prüfspitze Ph angeschlossen ist. Auf der anderen Seite führt eine Verbindung zum
Kontald 2, der im Ruhezustand offen ist und nach Betätigung einer Drucktaste S durch
das Relais R be tätigt wird. Vom Kontakt 2 führt eine Verbindung zu einem Meßzeitbegrenzer
M, z. B. Bimetallrelais, und von hier über den Punkt a zur Prüfspitze0.
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Zwischen den Punkten a und b ist ein Spannungsmesser angeschlossen,
der die Spannung am Be lastungswiderstand mißt. Zwischen den Punkten a und b liegt
in Reihe mit dem Schalter S das Relais R.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung arbeitet wie folgt: Wird
die Drucktaste 8 betätigt, so gelangt an die Wicklung des Relais R Spannung. Dieses
schließt den Schalter 2, so daß bei geschlossenem Meßzeitbegrenzer Strom über den
Belastungswiderstand fließt. Befinden sich jetzt im Leitungskreis schädliche Ühergangswiderstände
oder gar eine Unterbrechung, so wird das Relais nur noch einen geringen Strom oder
überhaupt keinen Strom erhalten und sofort abfallen oder gar nicht anziehen. De,mrentsprechend
wird auch im Hauptkreis der Kontakt 2 geöffnet oder überhaupt nicht zum Schließen
kommen. Damit ist dann erwiesen, daß der Null- oder Schutzleiter zu hohen Widerstand
hat und den in den VDE-Vorsohriften niedergelegten Bedingungen nicht entspricht.
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Die vorstehend beschriebene Schaltung bietet den Vorteil, die oben
erläuterte Spannungsverschleppung sicher zu verhüten und damit die zuverlässige
Prüfung des Berührungsschutzes mittels Netzspannung überhaupt verantwortbar zu ermöglichen.
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Um die Gefahr der Spannungsverschleppung zu ermessen, braucht man
sich nur die Folgen vorzustellen, die es haben müßte, wenn ein Bergmann mit verschwitzter
Hand eine unter Spannung gesetzte Schüttelrutsche großflächig berührt. Mit größter
Wahrscheinlichkeit bedeutete diese Berührung den sicheren Tod des Mannes.
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In Weiterentwicklung des Erfindergedankens kann an Stelle der Spannungsmessung
eine wattmetrische treten, die die im Belastungswiderstand verbrauchte Leistung
mißt und hieraus Rückschlüsse auf die Wirksamkeit des Null- oder Schutzleiters zuläßt
(Fig. 2c).
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Fig. 2 c läßt erkennen, daß in den Stromkreis die Stromspule und
parallel zum Belastungswiderstand die Spaunungsspule eines Wattmeters gelegt wird,
dabei gibt die Beziehung
ein Kriterium für den Zustand des Schutzleiters von großer Genauigkeit. In dieser
Gleichung ist P die im Belastungswiderstand verbrauchte Leistung, e die Netzspannung,
R0 der Belastungswiderstand und Ra der Leitungswiderstand zwischen zu prüfendem
Körper und dem Sternpunkt des Transformators. Der Vorteil der wattmetrischen Messung
besteht darin, daß sich eine genauere Bestimmung der Leitungswiderstände ermöglicht,
da die gleiche Änderung des Leitungswiderstandes bei der wattmetrischen Messung
den doppelten Ausschlag als an einem Voltmeter hervorruft.
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Soll der Berührungsschutz in nicht genullten Netzen mit Schutzleitersystem
mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung geprüft werden, so ist es erforderlich,
für die Dauer der Messung die Durchschlagsicherung am Sternpunkt des Transformators
zu überbrücken.