DE1161632B - Kombinierter Fehlerstrom-Fehlerspannungs-Schutzschalter - Google Patents

Description

• Kombinierter Fehlerstrom-Fehlerspannungs-Schutzschalter Die Erfindung betrifft einen kombinierten Fehlerstrom-Fehlerspannungs-Schutzschalter nüt Summenstromwandler sowie Auslösemagneten für das Schaltschloß.
• Bei der Installation elektrischer Anlagen gewinnt der Fehlerstromschutz zunehmend an Bedeutung, und zwar insbesondere wegen seiner Vorteile für den Brandschutz: In den weit verbreiteten Netzen mit Nullung kann jedoch dieser Fehlerstromschutz nur mit besonderen zusätzlichen Hilfsmaßnahmen angewendet werden, durch die vor allem die Erfüllung der ersten Nullungs-Bedingung auch hinter dem Fehlerstromschutzschalter gewährleistet werden muß, d. h., beim Ansteigen der Nulleiterspannung gegen Erde über z. B. 65 V muß abgeschaltet werden.
• Für den Verbraucher wäre die Einhaltung dieser Bedingung an sich überflüssig, da er ja Fehlerstromschutz anwendet und daher nicht mehr auf die Wirkung der Nulleitung angewiesen ist. Da jedoch vor dem jeweiligen Fehlerstromschutzschalter zahlreiche Verbraucher im genullten Netz die Gehäuse ihrer Elektrogeräte mit dem Nulleiter verbinden, muß nach - den bestehenden Sicherungsvorschriften auch der fehlerstromgeschützte Verbraucher dafür Sorge tragen, daß das Potential innerhalb der zulässigen Grenzen bleibt und nicht etwa - wie beispielsweise bei Kurzschlüssen zwischen Außenleiter und Nullleiter, bei denen die Vorsicherungen infolge der niedrigen Ströme nicht abschmelzen - zu hoch ansteigt. Verbraucher mit Fehlerstromschutz sind also trotzdem für die Einhaltung der ersten Nullungsbedingung zur Installierung eines zusätzlichen Nullleiterüberwachungsschalters oder aber besonders empfindlicher Kurzschlußabschaltorgane verpflichtet, ohne selbst hiervon irgendwelche Vorteile zu haben. Die Anwendung einer Überwachung der Nulleiterspannung neben der üblichen Fehlerstromschutzschaltung ist aber noch aus folgendem Grunde sehr bedeutsam.
• Am Ende einer langen Stichleitung mit schlechter Erdung kann es beispielsweise vorkommen, daß bei einem Kurzschluß zwischen Phasenleiter und Nullleiter der Nulleiter eine erhebliche Spannung gegen Erde annimmt, ohne daß ein Fehlerstrom im Schutzleiter fließt. Der an sich vorhandene Fehlerstromschutzschalter kann also in einem solchen Falle nicht ansprechen. Da bei sehr vielen Elektrogeräten, die im Haushalt Verwendung finden, die Gehäuse mit dem Nulleiter verbunden sind, können in einem derartigen Störungsfalle unzulässig hohe Spannungen an den Gehäusen gegen Erde auftreten. Welche Gefahren damit verbunden sind, braucht nicht näher ausgeführt zu werden.
• Eine überwachung eines Nulleiters auf unzulässige Spannungen gegen Erde (Fehlerspannungen) ist an sich bereits bei sogenannten Stationsschutzschaltern bekannt. Derartige Stationsschutzschalter haben die Aufgabe, ganze Netzgruppen abzuschalten, wenn bei einpoligen Kurzschlüssen die Berührungsspannung des Nulleiters einen vorgegebenen Wert überschreitet. Außerdem ist es bekannt, in Freileitungsanlagen, in denen öfter mit Nulleiterunterbrechungen gerechnet werden muß, den Nulleiter auf Fehlerspannungen zu überwachen. In diesem Falle werden, insbesondere bei ausgedehnten Freileitungsnetzen, sogenannte Selbstschalter an den einzelnen Abzweigstellen angeordnet, die mit einer Fehlerspannungsspule zur Ausschaltung dieses Schalters ausgerüstet sind. Die Fehlerspannungsspule ist einerseits an den zu überwachenden Nulleiter und andererseits an eine Hilfserde angeschlossen. Im Falle einer Unterbrechung des Nulleiters bewirkt der betreffende Selbstschalter eine selektive Abschaltung des zugehörigen Netzstranges.
• Die vorgenannten Stationsschutzschaltungen sind für die überwachung einzelner Verbraucheranlagen ungeeignet, ganz abgesehen davon, daß bei den Stationsschutzschaltungen nicht gleichzeitig eine Fehlerstromüberwachung vorgesehen ist.
• Es ist auch bereits eine kombinierte Fehlerstrom" Fehlerspannungs-Schutzschaltung vorgeschlagen worden, die insbesondere in Betriebsstätten mit stark schwankenden Erdungswiderständen eine Abschaltung herbeiführt, wenn der vorgeschriebene Erdungswiderstand überschritten wird. Bei dieser FI-FU-Schutzschaltung ist eine zusätzliche Fehlerspannungsspule vorgesehen, die induktiv auf die Spule für die Fehlerstromabschaltung einwirkt. Die Fehlerspannungsspule ist einerseits mit dem geerdeten Gehäuse des zu schützenden Verbrauchers verbunden und andererseits an eine Hilfserde an geschlossen. Wenn im Falle eines Körperschlusses der normale Erddngswiderstand zu hoch ist und damit am zu schützenden Gerät unzulässig hohe Berührungsspannung entsteht, bewirkt der durch die Fehlerspannungsspule fließende Strom eine Abschaltung des Schalters. Nachteilig bei dieser Schutzschaltung ist die induktive Kopplung der Fehlerspannungsspule mit der Spule für die Fehlerstromabschaltung. Hierdurch wird die Bemessung der Fehlerspannungsspule weitgehend von den Verhältnissen des von der Fehlerstromspule normalerweise hervorgebrachten Auslösestromes abhängig gemacht. Diese Abhängigkeit wirkt sich zwangläufig auf eine Begrenzung der Größe des Widerstandes für die Hilfserde aus. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß vom Schutzschalter neben der Leitung für die Hilfserde eine weitere Leitung für den Anschluß der Fehlerspannungsspule am Gehäuse des zu schützenden Gerätes erforderlich ist.
• Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen an sich bekannten Fehlerstromschutzschalter ohne großen apparativen Aufwand derart zu erweitern, daß er in der Lage ist, den an den Schalter angeschlossenen Netzteil neben der normalen Überwachung auf Fehlerstrom auch auf Fehlerspannungen zwischen Nulleiter und Erde zu überwachen.
• Diese zusätzliche Nulleiterüberwachung wird bei einem Fehlerspannungsschutzschalter mit Summenstromwandler und Auslösemagneten für das Schaltschloß gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zusätzlich zu den Auslöseelementen für den Fehlerstrom ein weiterer elektromagnetischer Auslöser vorgesehen ist. dessen Spule verbraucherseitig an den Mittelpunkts- bzw. Nulleiter sowie mit ihrem anderen Ende an einen Hilfserdanschluß angeschlossen ist und dessen Anker auf das an sich vorhandene Schaltschloß entklinkend einwirkt. Der an sich bekannte Fehlerstromschutzschalter bleibt also in seinem Aufbau unverändert; es wird lediglich ein weiterer elektromagnetischer Auslöser hinzugefügt, der auf das gleiche Schaltschloß wie die Fehlerstromauslösung einwirkt. Die beiden Auslösearten sind somit völlig unabhängig voneinander.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Spule des zusätzlichen Auslösers verbraucherseitig über ein Potentiometer an den Mittelpunkts- bzw. Nulleiter angeschlossen sein. Mittels dieses Potentiometers, das im allgemeinen einen Widerstand von einigen hundert Ohm besitzt, kann in einfacher Weise die Empfindlichkeit der Nulleiterüberwachung in Abhängigkeit vom Widerstand der jeweiligen Hilfserde, entsprechend den örtlichen Vorschriften, auf Auslösewerte zwischen 42 und 65 V eingestellt werden.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Fehlerstromschutzschalters sind auf einem gemeinsamen Sockel neben der Schaltbrücke das Schaltschloß mit dem Fehlerstromauslösemagneten und über der Schaltbrücke zwischen den netz- und verbraucherseitigen Anschlüssen der zusätzliche Auslöser samt dem Potentiometer angebracht, wobei beide Anker des Fehlerstromauslösemagneten sowie des zusätzlichen Auslösers das Schaltschloß im gleichen Sinne betätigen.
• Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung von Fehlerstromschutzschaltern - die insbesondere auch bei vorhandenen handelsüblichen Geräten vorgenommen werden kann - erfordert nur geringen Aufwand; diese Fehlerstromschutzschalter können dann auch in genullten Netzen ohne gesonderten Nulleiterüberwachungsschalter verwendet werden.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters für genullte Netze im Schaltschema dargestellt; wobei die Elemente des bisher bekannten handelsüblichen Grundgerätes normal und diejenigen des nach der Erfindung vorgesehenen zusätzlichen Aggregates stark ausgezogen sind.
• Zwischen den je vier netz- sowie verbraucherseitigen Anschlüssen R-S-T und 0 bzw. U-V-W-0 liegen die vom Schaltschloß 1 betätigte Schaltbrücke 2 sowie der Summenstromwandler 3, dessen ringförmiger Eisenkern die drei Phasenleitungen mit dem Nulleiter umschließt und dessen Sekundärwicklung 3' an die Spule 4' des Fehlerstromauslösemagneten 4 angeschlossen ist; der Anker 4" des Fehlerstromauslösemagneten greift nun in das Schaltschloß 1 derart ein, daß er es bei Anzug an den Magneten 4 - d. h. also bei Auftreten eines Fehlerstromes - entklinkt. Zwischen einer Phasenleitung R sowie dem Nulleiter 0 liegt über dem Prüfwiderstand 5 die vorschriftsmäßige Prüftaste 6.
• Das nach der Erfindung vorgesehene Zusatzaggregat zur Nulleiterüberwachung für genullte Netze besteht nun aus dem zweiten Auslösemagnet 7 -der dem Sinne nach ein Fehlerspannungsauslöser ist -, dessen Spule 7' verbraucherseitig über das Potentiometer 8 an den Nulleiter 0 sowie mit ihrem anderen Ende an einen Hilfserdanschluß H angeschlossen ist und dessen Anker 7" auf das Schaltschloß im gleichen Sinne entklinkend einwirkt wie derjenige des Feherstromauslösemagneten.
• Der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter für genullte Netze kann, wie bereits oben beschrieben, überaus einfach gestaltet werden - insbesondere durch Anbau des Zusatzaggregates an handelsübliche Fehlerstromschutzschalter der normalen Ausführungsform.
• Bei Fehlerstromschutzschaltern werden vom Hersteller stets die höchsten Auslöseempfindlichkeiten jedes Magnetauslösers angegeben; so könnte z. B. beim Hilfsauslöser 7 die Grundempfindlichkeit 15 V betragen, so daß dann bei einem Widerstand der Hilfserdung von 200 Ohm die Auslösung zwischen 20 und 24 V erfolgt; bei vorschriftsmäßiger Installation sollen die Widerstände der Hilfserdungen bekannt sein, so daß es dann für den Installateur eine große Erleichterung bedeutet, wenn das mit der Spule 7' des zusätzlichen Auslösers verbundene Potentiometer 8 mit einer in Ohm-Werten geeichten Einstellscheibe versehen ist, wie dies nach der Erfindung vorgesehen ist; in diesem Falle kann man dann aus einer Tabelle ablesen, bei welcher Nullleiter-Spannung der Schalter tatsächlich auslöst.
• Bei Fehlerstromschutzschaltern, die nach dem Grundprinzip der Erfindung mit einem zusätzlichen Hilfsauslöser ausgestattet sind, muß dieser nicht unbedingt zur Überwachung des Nulleiters dienen, sondern die zusätzliche Auslösung kann dann ohne weiteres auch von einer anderen beliebigen Fehlerspannung - selbstverständlich gegen Erde - abhängig gemacht werden. In diesem Falle ist dann -wie im Schaltschema der Zeichnung strichliert angedeutet -- die Spule 7' verbraucherseitig anstatt über das Potentiometer 8 an den Nulleiter direkt an eine Klemme K und der andere Spulenanschluß selbstverständlich wieder an den Hilfserdanschluß H geführt. An diese Klemme K -die mit den genormten Kennbuchstaben des Schutzleiteranschlusses beim Fehlerspannungsschutz (sogenannter »FU-Schutz«) bezeichnet sein kann - wird dann verbraucherseitig der betreffende Fehlerspannungskreis angeschlossen.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Kombinierter Fehlerstrom-Fehlerspannungs-Schutzschalter mit Summenstromwandler sowie Auslösemagneten für das Schaltschloß, d a d u r c h gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Auslöseelementen für den Fehlerstrom ein weiterer elektromagnetischer Auslöser (7) eingebaut ist, dessen Spule (7') verbraucherseitig an den Mittelpunkts- bzw. Nulleiter (0) sowie mit ihrem anderen Ende an einen Hilfserdanschluß (H) angeschlossen ist und dessen Anker (7") auf das Schaltschloß (1) entklinkend einwirkt.
2. 2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (7') des zusätzlichen Auslösers (7) verbraucherseitig über ein Potentiometer (8) an den Mittelpunkts-bzw. Nulleiter (0) angeschlossen ist.
3. 3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem gemeinsamen Sockel neben der Schaltbrücke das Schaltschloß (1) mit dem Fehlerstromauslösemagneten (4) und über der Schaltbrücke zwischen den netz- und verbraucherseitigen Anschlüssen der zusätzliche Auslöser (7) samt dem Potentiometer (8) angebracht sind, wobei die Anker (4" bzw. 7") beider Auslösemagneten (4 bzw. 7) das Schaltschloß im gleichen Sinne betätigen.
4. 4. Fehlerstromschutzschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Spule (7') des zusätzlichen Auslösers in Serie liegende Potentiometer (8) mit einer in Ohm geeichten Einstellscheibe versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1053 080; britische Patentschrift Nr. 648 207; österreichische Patentschrift Nr. 201698; Schrank, Schutz gegen Berührungsspannungen, Berlin, 1958, S. 142; Elektrotechnik und Maschinenbau, Jahrgang 16, 1959, Heft 17, S. 411.