DE1141367B - Schutzschaltung mit Fehlerstrom-Schutzschalter - Google Patents

Description

• Schutzschaltung mit Fehlerstrom-Schutzschalter Die Erfindung bezieht sich auf Fehlerstrom-Schutzschaltungen zum Schutz elektrischer Anlagen.
• Bei Fehlerstrom-Schutzschaltungen werden Fehlerströme - in den meisten Fällen durch einen Summenstromwandler - erfaßt. Wenn der Fehlerstrom einen bestimmten Wert, den Auslösestrom, überschreitet, sollen durch den Fehlerstrom-Schutzschalter die Zuleitungen und ein etwa vorhandenerMp-Leiter allpolig innerhalb 0,1 Sekunde abgeschaltet werden. Die einzelnen Anlagenteile sind dabei so-zu erden, daß beim Fließen des Auslösestromes über den Erder des AnlagenteilsdieseskeinezuhoheBerührungsspannung gegen Erde annehmen kann.
• Durch die Fehlerstrom-Schutzschaltung erreicht man, daß kein Anlagenteil eine zu hohe Berührungsspannung annimmt. Mensch und Tier sind beim Auftreten von Fehlern in der Anlage vor gefährlichen Spannungen geschützt. Darüber hinaus ist auch die Gefahr eines Brandes infolge eines Fehlerstromes vermindert, da die Energie* am Fehlerort wegen des niedrig liegenden Auslösestromes in den meisten Fällen nicht ausreicht, einen Brand zu entfachen.
• Dennochkannesvorkommen,daßineinemAnlagenteil ein Fehlerstrom fließt, der größer ist als der Auslösestrom des Fehlerstrom-Schutzschalters und der nicht das Abschalten des Schutzschalters bewirkt. Es ist dabei auch möglich, daß Anlagenteile eine gefährliche Berührungsspannung erhalten können. Ein solcher höherer Fehlerstrom kann dann zustande kommen, wenn außer dem Auftreten eines Fehlers in der Anlage der Mp-Leiter hinter dem Fehlerstrom-Schutzschalter Erdschluß hat.
• Das Zustandekommen eines derartigen hohen Fehlerstromes soll mit Hilfe der Fig. 1 erläutert werden. Der Netztransformator 1 ist über die Stempunkterde R, geerdet. 2 stellt den Fehlerstrom-Schutzschalter mit dem Summenstromwandler 3 dar. R2 sei der nicht gewünschte Erdwiderstand des Mp-Leiters (ordnungsgemäß wäre R2 = oc.), Rr der Übergangswiderstand der Fehlerstelle und R3 der Erdwiderstand des zu schützenden Gerätes. Beim Auftreten eines Fehlers fließt der tatsächliche Fehlerstrom 13, der sich entsprechend der Erdwiderstände in einen Anteil 12 und einen Anteil I, aufteilt. 12 fließt in entgegengesetzter Richtung von 13 durch den Wandler 3 und kompensiert zum Teil die von 13 hervorgerufene Durchflutung. Der Wandler wird von der Differenz 13-12 = Il erregt. Die Rechnung ergibt folgende Beziehung: Wenn man für den Widerstand Ri = 2 Ohm (nach VDE 0100/11.58 § ION Ziff. 3) annimmt und der Mp-Leiter unerwünscht eine gleich gute Erdverbindung hat (R2 = 2 Ohm), löst der Fehlerstrom-Schutzschalter erst bei einem Fehlerstrom aus, der gleich dem doppelten Auslösestrom des Schalters ist; d. h., ein Schalter für 0,3 A Auslösestrom würde erst bei einem Fehlerstrom 13 von 0,6 auslösen. Das ist gefährlich, da der Fehlerstrom 13 am Erdwiderstand & des zu schützenden Gerätes eine unzulässig hohe Berührungsspannung entstehen lassen kann.
• Es genügt nicht, einmal vor Inbetriebnahme der Anlage den Mp-Leiter auf seine Erdschlußfreiheit zu untersuchen. Der Mp-Leiter muß vielmehr laufend darauf überwacht werden, daß er anlagenseitig erdfrei ist. Denn in gleicher Weise wie ein Außenleiter kann aucli der Mp-Leiter im Laufe der Zeit Erdschluß bekommen, so daß dann bei einem Fehler eines der Außenleiter, wie oben beschrieben, der Fehlerstrom nahezu beliebig groß werden kann, ohne daß der Fehlerstrom-Schutzschalter abschaltet.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzschaltung mit Fehlerstrom-Schutzschalter anzugeben, die die Nachteile der bisher bekannten Fehlerstrom-Schutzschaltung vermeidet. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in den Mittelleiter einer Anlage eine Kleinspannung eingefügt ist. Erfindungsgemäß kann die Kleinspannung hinter dem Fehlerstrom-Schutzschalter transfonnatorisch erzeugt sein.
• Wenn jetzt der Mittelleiter anlagenseitig Erdschluß erhält, fließt ein Kurzschlußstrom, der von der Kleinspannung über die Sternpunkterde und über den Erdwiderstand des Mittelleiters getrieben wird, durch den Fehlerstrom-Schutzschalter. Bei genügender Größe dieses Kurzschlußstromes löst der Schalter aus. Man erhält somit eine einfache Überwachung des Mittelleiters auf anlagenseitigen Erdschluß. Tritt ein solcher Erdschluß auf, wird vom Fehlerstrom-Schutzschalter die Anlage abgeschaltet.
• Es ist bereits eine Schutzschaltung bekanntgeworden, bei der das zu schützende Gerät durch eine induktionsfreie Kontrolleitung mit der Erde und dem Nulleiter verbunden ist, wobei die Kontrollleitung mit einer zweiten Leitung einen Stromkreis bildet, in welchem ein durch eine Kleinspannung hervorgerufener Kontrollstrom fließt. Die Kleinspannung liegt hierbei parallel zu einem Teil des Mittelleiters und ist nicht wie bei der erfindungsgemäßen Anordnung in den Mittelleiter eingefügt. Die Wirkungsweise der bekannten Anordnung besteht darin, daß infolge der angelegten Kleinspannung ein Ruhestrom über ein Einschaltrelais fließt, welches in angezogenem Zustand das zu schützende Gerät einschaltet. Ein Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß der Ruhestrom nicht mehr ausreicht, das Relais zu halten, wenn die Übergangswiderstände in der Anlage groß werden. Das Relais fällt dann ab und schaltet auch die zu schützende Anlage aus. Bei der bekannten Anordnung sind außerdem zwei Schutzleiter erforderlich, wodurch sich die Installation sehr verteuert.
• In Weiterentwicklung des Erfindungsgegenstandes ist der Mittelleiter nahe vor dem Schalter geerdet. Es wird durch diese Maßnahme ein besonders kleiner Widerstand für die Schleife erzielt, durch die der von der Kleinspannung getriebene Kurzschlußstrom fließt. Es ist damit möglich, bereits durch eine Spannung von einigen Volt einen zur Auslösung des Schalters genügenden Kurzschlußstrom zu erzeugen.
• In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Schaltung beispielsweise dargestellt. Eine nicht näher gezeichnete Anlage werde vom Transformator 5 über den Fehlerstrom-Schutzschalter 6 mit dessen Summenstromwandler 7 gespeist. Hinter dem Fehlerstrom-Schutzschalter werde erfindungsgemäß eine Kleinspannung U2 mittels Transformator 8 in den Mp-Leiter eingefügt. Die Kleinspannung U2 kann auch vor dem Fehlerstrom-Schutzschalter in den Mp-Leiter eingefügt sein, ohne daß die nachfolgend beschriebene Wirkungsweise geändert wäre. Solange der Mp-Leiter anlagenseitig erdfrei ist, hebt die Spannung U2 das Potential des Mp-Leiters lediglich um einen kleinen Betrag an, stört jedoch die sonstigen elektrischen Verhältnisse der Anlage nicht. Erhält jetzt der Mp-Leiter Erdschluß - dargestellt durch den Widerstand R4 -, so fließt ein Kurzschlußstron-4 der von der Spannung U2 getrieben wird, über R4 und die Betriebserde & des Transformators 5. Der Kurzschlußstrom durchsetzt den Summenstromwandler 7 und bewirkt bei genügender Größe, daß der Fehlerstrom-Schutzschalter abschaltet.
• Wenn man annimmt, daß U2 = 3 V (etwa 1,4% von 220 V) beträgt, die Betriebserde des Transformators 5 R5 = 2 Ohm und der Auslösestrom des Schalters 0,3 A groß ist, so würde der Schalter bei einem Widerstand R4 = 8 Ohm abschalten. Nach der eingangs genannten Gleichung (R2 in Fig. 1 entspricht B4 in Fig. 2, R, in Fig. 1 entspricht & in Fig. 2) ergibt sich ein Verhältnis von 13 : Il = 1,25. Das heißt, ein tatsächlicher Fehlerstrom 13 (Fig. 1) kann nur um maximal 25% größer werden als der Auslösestrom des Schalters. Er kann nicht mehr nahezu jeden beliebigen Wert annehmen, wie es ohne die Überwachung der Erdschlußfreiheit des Mp-Leiters auf der Anlagenseite möglich wäre. Durch Erhöhen der Spannung U2 wird der Widerstand R4, bei dem der Schalter bei Erdschluß des Mp-Leiters auslöst, noch größer als 8 Ohm, so daß damit die Abweichung des tatsächlichen Fehlerstroms 13 vom Nennauslösestrom des Schalters kleiner als 25% gemacht werden kann.
• Günstig ist es weiterhin, wenn der Mp-Leiter kurz vor dem Fehlerstrom-Schutzschalter geerdet wird (R6 in Fig. 2). Man wird den Erdwiderstand dieser Erdung & stets kleiner als 0,5 Ohm halten können, wenn man als Erdleitung z. B. den vorhandenen Erdleiter der Anlage verwendet. Wenn man wiederum für U., = 3 V ansetzt, würde ein 0,3-A-Fehlerstrom-Schutzschalter bei einem Widerstand & = 9,5 Ohm (R6 = 0,5 Ohm) abschalten. Man erhält ein Verhältnis Ein tatsächlicher Fehlerstrom 13 kann also nur noch maximal 5,3% größer werden als der Neunauslösestrom des Fehlerstrom-Schutzschalters. Dies wird man stets in Kauf nehmen können, zumal die Exemplarstreuungen der Auslöseströme verschiedener Fehlerstrom-Schutzschalter in dieser Größenordnung liegen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Schutzschaltung mit Fehlerstrom-Schutzschalter, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mittelleiter einer Anlage eine Kleinspannung eingefügt ist.
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleinspannung (U2) hinter dem Schalter (6) mittels Transformator (8) erzeugt wird. 3. SchutzschaltungnacheinemderAnsprüchel und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelleiter (Mp) nahe vor dem Schalter (6) geerdet (R6) ist.
3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1093 467.