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Schaltung zum Ermitteln des Schleifenwiderstandes eines Wechselstromnetzes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Ermitteln des Schleifenwiderstandes
eines Wechselstromnetzes. Für diese Ermittlung sind verschiedene Einrichtungen bzw.
Schaltungen entwickeIt worden, die auf der Messung der Spannungsabsenkung des Netzes
bei Belastung durch einen einstellbaren Prüfwiderstand beruhen. Die Einrichtungen
enthalten als wesentliche Bestandteile ein Voltmeter und eine Anzahl von nacheinander
einschaltbaren Prüfwiderständen Rp verschiedener Größe.
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Der gesuchte Schleifenwiderstand errechnet sich zu Rscn = RP = Rp
@1 #2 @@ Rsch-RP#=Rp#.
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U2 U2 Hierbei ist Rsch der Schleifenwiderstand, Rp der Prüfwiderstand
und Q und U2 die beiden am Voltmeter gemessenen Spannungen vor und nach Einschaltung
des Prüfwiderstandes.
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Da der Wert von U, - U2 = U V meist sehr klein ist, ist es, um ausreichend
genaue Anzeigen zu erhalten, üblich, ein Voltmesser mit stark gedehnter Skala im
Nennbereich zu verwenden.
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Bei allen bekannten Prüfgeräten muß dieser Wert d U abgelesen werden,
was die Handhabung der Geräte erschwert. Da derartige Prüfgeräte klein und handlich
sein sollen, macht es Schwierigkeiten, die Erwärmung des Prüfwiderstandes durch
die Belastung genügend klein zu halten, weil bei einer Netzspannung von 220 V und
einem Prüfstrom von z. B. 10 A bereits 2,2 KW im Prüfwiderstand in Wärme umgesetzt
werden. Aus diesem Grund dürfen die Widerstände nur sehr kurzzeitig eingeschaltet
werden. Bei vielen kurz aufeinanderfolgenden Messungen führt jedoch bereits eine
Einschaltdauer von jeweils nur 2 bis 3 Sekunden zu einer erheblichen Erwärmung.
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Die Ablesungen müssen daher schnell durchgeführt werden, was zu großen
Meßfehlern führen kann. Besonders lästig ist es, daß der Schleifenwiderstand und
sein zulässiger Wert nach obiger Formel rechnerisch ermittelt werden müssen und
daß dies nur von Fachleuten durchgeführt werden kann.
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Bekannt ist es dabei auch, das eigentliche Meßwerk in eine Brückenschaltung,
die zum Teil aus spannungsabhängigen Widerständen besteht, zu legen.
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Bei dem meist verwendeten, relativ kleinen Meßbereich des Meßinstrumentes
kann es vorkommen, daß dieser bei größeren Schleifenwiderständen nicht mehr ausreicht.
So ist es entweder nötig, den Meßbereich des Spannungsmessers zu ändern oder verschiedene
Prüfwiderstände und damit verschieden abgestufte Prüfströme zu verwenden.
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Zur Behebung der Schwierigkeiten hat man Schaltungen entworfen, die
mittels Signallampen eine Ja-oder Nein-Aussage machen; sie verwenden eine Gegenschaltung
der gleichgerichteten Netzspannung mit einer konstanten Bezugsspannung, und sie
ermöglichen vor jeder Messung ein Eineichen auf die gerade im Netz vorhandene Spannung.
Bei der bekannten Einrichtung nach der deutschen Patentschrift 691 733 wird z.B.
dem eigentlichen Prüfwiderstand ein hochohmiger Spannungsteiler parallel geschaltet.
An diesem Spannungsteiler wird ein Teil der Spannung abgegriffen und auf eine Glimmlampe
geschaltet. Wird bei der Prüfung die Spannungsabsenkung an dem Prüfwiderstand größer
als ein vorher eingestellter Wert, so erlischt die Lampe, und sie zeigt damit an,
daß der Schleifenwiderstand zu groß ist. Bei richtiger Handhabung derartiger Geräte
liefern diese wohl eine Ja- oder Nein-Aussage, nicht erkennbar ist aber der Wert
des Schleifenwiderstandes. Man muß diesen ermitteln, dann sind nach wie vor Messungen
und Rechnungen erforderlich.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die aufgezeigten Schwierigkeiten der
bekannten Schaltungen zu beheben, insbesondere jeden möglichen Fehler weitgehend
auszuschalten und jede Rechenarbeit zu vermeiden, so daß das Gerät mit der Schaltung
auch von Angelernten benutzt werden kann. Darüber hinaus sollte das Gerät auch zur
Prüfung von FU- und H-Schaltungen möglichst in Verbindung mit Erdungsmessungen geeignet
sein.
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Die Lösung geht von dem Gesichtspunkt aus, daß im Grunde genommen
eine Ja-Nein-Aussage ausreichend ist, wenn man darüber hinaus noch erkennen kann,
wie weit man von der für die Schutzmaßnahme zulässigen Grenze des Schleifenwiderstandes
entfernt
ist; um eine Sicherheit über die Einschaltung der Bedingungen zu haben, muß man
einen gewissen Sicherheitsabstand einhalten. Diese Forderung ist deswegen gegeben,
weil die Schleifenwiderstände zeitlichen Schwankungen unterworfen sein können.
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Die Lösung gemäß der Erfindung besteht darin, daß für die Messung
der Spannungsabsenkung ein in Prozent des maximal zulässigen Wertes des Schleifenwiderstandes
geeichtes Meßinstrument dient und daß der Belastungswiderstand kontinuierlich einstellbar
ist sowie unter Zugrundelegung des Meßbereichs des Meßinstrumentes in Schleifenwiderstandswerten
geeicht ist.
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Man braucht also vor der Messung nur den entsprechend der Nennstromstärke
der Sicherung und entsprechend dem Sicherungsfaktor zulässigen Wert des Schleifenwiderstandes
ohne Fehler verursachende-Hast in das Gerät einzugeben, und das Gerät zeigt bei
Durchführung der Messung durch Betätigung des Druckknopfes ohne Rechenarbeit an,
wie weit man von dem zulässigen Wert noch entfernt ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verwendungen der Schaltung noch
der Erfindung sind in den- Unteransprüchen angegeben; Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele.
der Schaltung nach der Erfindung.
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Nach dem Beispiel der Fig. 1 wird zwischen Außenleiter AL und Mittelpunktleiter
Mp(gegebenenfalls Schutzleiter Schl) der Prüfwiderstand Rp über Kontakte K und a1
angeschlossen. Vor diesen Kontakten liegt zwischen Außenleiter AL und Schutzleiter
Mp die Meßanordnung, enthaltend ein Eichpotentiometer PE in Reihn mit einem Widerstand
R1 und einem Spannilngwächterrelais A. Parallel-zu dem Widerstand R1 und dem Relais
A ist ein Transformator T geschaltet, der zwei Sekundärwicklungen besitzt. Diese
Sekundärwicklungen erzeugen zwei getrennte Gleichspannungen über Gleichrichter G
-und G2. Der Gleichiichter G1 erzeugt mit Hilfe einer Zenerdiode Z eine-konstante
Gleichspannung über einem Widerstand R2. Die Gleichspannung des Gleichrichters G2
ist : dieser konstanten Gleichspannung entgegengeschaltet. Sind beide Spannungen
gleich groß, so zeigt das Voltmeter V Null an.-Entstehen jedoch zwischen den beiden
Gleichspannungen Spannungsdifferenzen,. so werden diese von dem Voltmeter V angezeigt.
Dieses Voltmeter V, das über einen Widerstand R3 mit Hilfe eines Schalters S1 für
mehrere Meßbereiche eingestellt werden kann, hat eine Skala, die von0 bis 100% geeicht
ist.
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Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Bei Anschluß der Meßeinrichtung
an den Außenleiter-AL -und- den Mittelpunktleiter Mp spricht das Spannungswächterrelais
A an und schließt den Kontakt af.
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Mit Hilfe des Eichpotentiometers PE wird die Spannung an dem Transformator
T so eingestellt; daß die Spannungsdifferenz der Gleichspannungen gleich Null ist
und das Voltmeter keine Spannung anzeigt. Wird nun durch Einschalten des Belastungswiderstandes
Rp über den Schalter die Spannung zwischen der Phase und dem LeiterMp verringert,
so bleibt die konstante Gleichspannung erhalten, während die zweite Gleichspannung
geringer wird. Es entsteht eine Spannungsdifferenz, die von dem Voltmeter V angezeigt
wird. Mit Hilfe des Schalters S1 wird das Voltmeter vorher so geeicht, daß der Zeiger
den 100°/o-Punkt der Skala erreicht, wenn ein Spannungsabfall von z. B. 65 oder
24 oder
5 V eintritt. Bei der Überprüfung der Schutzmaßnahme Nullung wird der Widerstand
Rp vorher auf den zulässigen, der Sicherung entsprechenden Wert eingeschaltet. Damit
wird ein Prüfstrom gewählt, der bei dem eingestellten Wert des Schleifenwiderstandes
gerade den zulässigen Spannungsabfall, z. B. 5 V, hervorrufen würde. Das Voltmeter
gibt dann auf diesem Meßbereich bei der Prüfung an, wieviel Prozent des zulässigen
Wertes des Schleifenwiderstandes in Wirklichkeit vorhanden sind.
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Bei der Prüfung von Fehlerspannungs- oder Fehlerstrom-Schutzschaltern
wird der Prüfwiderstand bp von großen Werten beginnend verringert.
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Der Schalter S1 wird vorher auf 24 oder 65 V geschaltet. Steht er
z. B. auf 65 V und löst der Schalter aus, wenn auf dem Voltmeter 206/o erreicht
sind, so heißt das, daß der Schleifenwiderstand so klein ist, daß von der zulässigen
Berührungsspannung von 65C bei dieser Schutzschallung nur 206/o auftreten kännen
und ein Sicherheitsabstand von 80% besteht.
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Mit dieser Anordnung sind-somit die oben geforderten Bedingungen
hinsichtlich der Anreize des Sicherheitsabstandes gegeben.
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Das Relais A übernimmt zusätzlich den Schutz vor Verschleppung von
gefährlichen- Berührungsspannungen. Es ist so geeicht, daß es bei einer Absenkung
der Netzspannung von mehr als 65 V abfällt und damit über den Kontakt a1 den Prüfwiderstand
abschaltet.
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Ein weiteres, ausführliches Beispiel zeigt die F i g. 2.
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Das Meßgerät enthält die Anschlüsse 1, 2 und 3. Der Anschluß 1 liegt
grundsätzlich am Schutzleiter. Da man beim Anschluß an eine Steckdose zunächst zunächst
nicht weiß, an welchem Stecker die Phase und an welchem der Null-Leiter liegt, ermöglicht
ein Schalter S4 eine Umschaltung. Die Kontrolle, ob der Phasenleiter richtig liegt,
wird mit Hilfe der Glimmlampe L, durchgeführt, die zwischen der Phase und einer
det Berührung zugänglichen Metallfolie liegt.
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Die Metallfolie wird von dem Prüfenden angefaßt.
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Ist das Gerät richtig angeschlossen, so leuchtet eine Lapme L3 auf.
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Die Meßanordnung entspricht im übrigen der von Fig. 1. Es ist lediglich
vorgesehen, daß zum sicheren Ansprechen des Relais A dem Vorwiderstand R1 ein Ruhekontakt
a3 des Relais A parallel geschaltet wird. Der rechte Teil der Schaltung soll die
Möglichkeit geben, an Klemmen 4, 5, 6 zusätzlich Meßinstrumente, insbesondere ein
Vielfachmesser, anzuschließen. Betrachtet man zunächst die Schaltung ohne Umschalter
S2, so wird durch Anschluß eines Amperemeters an die Buchsen 4 und 5 durch eine
Schaltbuchse ein Kontakt D geöffnet. Wird nun über einen Taster T1 der Belastungswiderstand
Rp eingeschaltet, so fließt der Prüfstrom über das Amperemeter. Ein an die Klemmen
5 und 6 angeschlossenes Voltmeter mißt demgegenüber die Spannung zwischen Phase
und Schutzleiter.
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Sollte bei gedrücktem Taster T1 durch das RelaisA die Prüfung wegen
zu großer Spannungs absenkung abgeschaltet werden, so geschieht das durch einen
Kontakt a2 und den Kontakt a1. Zwei Lampen LX und L2 zeigen den Zustand der Meßeinrichtung
an. Wenn beide Lampen L1 und L2 brennen, so ist die Netzspannung vorhanden, und
das Spannungswächterrelais A hat angezogen. Brennt die Lampe L3 allein, so ist das
Spannungswächterrelais A abgefallen. Sind beide Lampen L1 und L2 erloschen, so hat
der Schutzschalter
angesprochen, oder es ist keine Netzspannung
vorhanden. Wird in dieser Stellung der Taster T2 betätigt, so zeigt das Voltmeter
nicht mehr die Spannung zwischen Phase und Schutzleiter, sondern zwischen Phase
und Null-Leiter an. Ein Vergleich dieser beiden Spannungen ist häufig zur Beurteilung
von Spannungen auf dem Null-Leiter nützlich.
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Da der Prüfwiderstand Rp zur Prüfung der Nullungsbedingungen zwar
gleichzeitig zur Prüfung von Fehlerstromschutzschaltungen verwendet werden kann,
jedoch zur Prüfung von Fehlerspannungsschutzschaltungen eventuell zu niederohmig
ist, kann mit Hilfe eines Schalters 82 ein zweiter Prüfwiderstand RFU wahlweise
eingeschaltet werden.
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Durch Hinzufügung des Schalters S2 in Fig. 2 kann man das an S und
6 angeschlossene Voltmeter, das in der gezeichneten Stellung zwischen Außenleiter
und Schutzleiter liegt, zwischen den Schutzleiter und einen Sondenanschluß 7 legen.
Dann ist die Prüfung von FI- und FU-Schutzschaltungen nicht nur nach dem bisher
erörterten Schleifenmeßverfahren, sondern auch in der Meßschaltung mit Sonde nach
F i g. 3 möglich. Das Voltmeter zeigt in diesem Fall direkt die entstehende Berührungsspannung
an. Gleichzeitig kann auf diese Art und Weise der Erdungswiderstand gemessen werden,
wenn man sowohl den Strom als auch die Spannung abliest. Der Erdungswiderstand ist
dann RE = UII.
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Der Umschalter 82 kann auch als Schaltbuchse ausgeführt werden. Sobald
in die Buchse ein Stecker eingesteckt wird, schaltet der Schalter 82 um, und er
bereitet nunmehr das Gerät auf eine Sondenmessung vor.
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Mit dieser Anordnung sind somit folgende Prüfungen möglich: 1. Prüfung
der Nullungsbedingungen mit Schutzautomatik und Anzeige, wieviel Prozent des zulässigen
Schleifenwiderstandes vorliegen (Schleifenmessung) ; 2. Prüfung von Fehlerstrom-
und Fehlerspannungs-Schutzschaltungen bei 24 oder 65 V maximaler Berührungsspannung
und der Anzeige, wieviel Prozent der zulässigen Berührungsspannung bei der geprüften
Schutzschaltung möglich sind (Schleifenmessung); 3. Prüfung des Abschaltstromes
von Schutzschaltern bzw. Kontrolle des Prüfstromes bei Bestimmung des Schleifenwiderstandes
durch Anschließen eines zusätzlichen Amperemeters; 4. Kontrolle der Spannung zwischen
Außenleiter und Null-Leiter und Außenleiter und Schutzleiter durch Anschluß eines
zusätzlichen Spannungsmessers.
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Ferner bietet sich noch die Möglichkeit der Prüfung von Fehlerstrom-
und Fehlerspannungsschutzschaltungen mit Hilfe einer Meßsonde entsprechend F i g.
3 (Sondenmessung) und der Messung von Erdungswiderständen unter Verwendung einer
Meßsonde durch Einstellen eines beliebigen Stromes mit Hilfe eines Prüfwiderstandes
Rp und Messung des Stromes und der Spannung zwischen Sonde und Erde. Auch bei letzteren
Messungen schützt die eingebaute Schutzautomatik vor Spannungsverschleppungen. Die
Anordnung wird immer abgeschaltet, wenn die Spannung am Schutzleiter oder am Erder
größer als z. B. 65 V wird.
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Patentansprüche: 1. Schaltung zum Ermitteln des Schleifenwiderstandes
eines Wechselstromnetzes, beruhend auf der Messung der Spannungsabsenkung des Netzes
bei Belastung durch einen einstellbaren Prüfwiderstand, unter Verwendung einer Gegenschaltung
der gleichgerichteten Netzspannung mit einer konstanten Bezugsspannung, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Messung der Spannungsabsenkung ein in Prozent des maximal
zulässigen Wertes des Schleifenwiderstandes geeichtes Meßinstrument (V) dient und
daß der Belastungswiderstand (Rp) kontinuierlich einstellbar ist sowie unter Zugrundelegung
des Meßbereichs des Meßinstrumentes (V) in Schleifenwiderstandswerten geeicht ist.