DE1053639B - Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer Anlagen - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer AnlagenInfo
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- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
- H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
- H02H3/34—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system
- H02H3/347—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system using summation current transformers
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
ANMELDETAG:
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:
AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:
PATENTSCHRIFT:
DBP 1053639 kl. 21 c 68/70
INTERNAT. KL. H 02 d
13.AUGUST 1956
26. MÄRZ 1959
17. SEPTEMBER 1959
17. SEPTEMBER 1959
STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLEGESCHRIFT 1 05Ϊ 639 (St 115S2 VIII b / 21 c)
Die Erfindung betrifft Schaltungsanordnungen zum Schutz elektrischer Anlagen durch Abschalten beim
Auftreten von Fehlerströmen.
Die meisten bekannten Fehlerstromschutzschaltungen arbeiten nach dem Arbeitsstromprinzip und sprechen
nur dann an, wenn der Nulleiter betriebsmäßig vorhanden ist und mindestens eine beliebige Phase
Spannung führt oder mindestens eine bestimmte Phasenleitung vorhanden ist. Die nach diesem Prinzip
entwickelten Schutzschaltungen haben den Nachteil, daß beim Ausfall des Nulleiters von der Speisungsseite
her die Schaltungen wirkungslos sind und nicht die gewünschte Abschaltung ergeben. Auch wenn der
Nulleiter durch irgendwelche äußeren Umstände, z.B. bei Sturmschäden, die Spannung einer Phase annimmt,
schaltet die Anlage nicht ab, wie dies an sich erwünscht wäre. Bei einer bekannten Anordnung genügt
auch schon der Ausfall der einen speisenden Phase, um die Schutzschaltung wirkungslos zu
machen.
Bei Gewitter und durch Sturmschäden fallen häufig in Freileitungen einzelne Phasen und auch der Nullleiter
aus. Tritt dann in einer Anlage ein Isolationsfehler auf, so kann in diesen Fällen keine Abschaltung
der zu schützenden Anlage erfolgen. Auch kann es vorkommen, daß der Nulleiter unterbrochen ist und
das Potential der Phase angenommen hat, die zur Betätigung der Auslösespule benötigt wird. Auch hierbei
kann wie im vorstehenden Fall keine Abschaltung des Schalters erfolgen; ähnliche Verhältnisse treten
auch bei Fehlerstromschutzschaltungen auf, die ein Thyratron als Zwischenglied benutzen. Zusätzlich
treten hierbei noch in Kraftanlagen, in denen Kondensatoren
zur Erhöhung des Leistungsfaktors eingebaut sind, bei ordnungsmäßiger Anlage öfter unerwünschte
Abschaltungen ein.
Beim Auftreten plötzlicher starker Erdschlüsse in den zu schützenden Anlagen bzw. beim Auftreten von
Spitzenspannungen, die durch atmosphärische Einflüsse hervorgerufen werden, ergeben sich in der Seku-ndärwicklung
des Wandlers Spannungen, die zu Isolationsschäden der Wicklung führen können und
die Abschaltung des Fehlerstromschalters in Frage stellen. Um eine Kontrolle über die Funktion des
Fehlerstromschalters zu haben, ist es bekannt, eine Prüfeinrichtung vorzusehen, die aber in den meisten
Fällen vom Anlagebesitzer nicht laufend kontrolliert wird.
Es ist bekannt, sich bei derartigen Schaltungsanordnungen eines Differenzwandlers und eines in
Abhängigkeit von den im Differenzwandler auftretenden Strömen ausgelösten Schalters zu bedienen.
Ein derartiger bekannter Schalter enthält einen Permanentmagneten mit zwei Wicklungen. Die eine Wick-Schaltungsanordnung
zum Schutz elektrischer Anlagen
zum Schutz elektrischer Anlagen
Patentiert für:
August Stuke,
Oberbecksen bei Bad Oeynhausen
Oberbecksen bei Bad Oeynhausen
August Stuke, Oberbecksen bei Bad Oeynhausen,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
lung soll die genügende Empfindlichkeit des Schalters erreichen, indem das Feld permanenter Magneten so
weit geschwächt wird, daß der Anker gerade noch festgehalten wird. Tritt ein Fehlerstrom hinzu, dann
wird durch die zweite Wicklung das Magnetfeld weiter geschwächt, so daß der Anker abfällt. Die Wirkungen
der ersten und zweiten Wicklung addieren sich dabei. Diese Ausführung hat den Nachteil, daß
schon beim Ausfall einer bestimmten Phase der Schalter nicht mehr bei der vorschriftsmäßigen Auslösestromstärke
ausgelöst wird, da die Schwächung des Magneten im Sinne des Fehlerstromes durch die
eine Spule ausfällt. Fällt die Spannung völlig aus, so wird der Schalter nicht betätigt, da das permanente
Magnetfeld bestehenbleibt.
Es sind ferner Schutzschaltungen bekannt, die nur
auf Fehlerspannungen reagieren. Das bedeutet aber, daß sie nur bei ausreichender Isolation des zu schützenden
Verbrauchers richtig arbeiten. Eine unerwünschte Querverbindung des zu schützenden Verbrauchers
zur Erde, die häufig z. B. bei Heißwasserspeichern nicht zu verhindern ist, stellt bei diesen
Schaltungen einen bedenklichen Mangel an Sicherheit dar. Es kann nämlich vorkommen, daß bei einer bestimmten
Größenordnung der Querverbindung zur Erde die Abschaltung der zu schützenden Anlage erst
dann erfolgt, wenn ein urzulässig starker Fehlerstrom vom Verbraucher zur Erde fließt (z. B. Brandgefahr
in der Landwirtschaft).
909 603/247
Die Erfindung macht von einer Auslösesperre für den Schalter Gebrauch, die mit einem Betätigungsorgan
in Verbindung steht, das bei normalem Betriebszustand durch eine Ruhestromspeisung an der
Betätigung verhindert wird.
Gemäß der Erfindung werden die obenerwähnten Nachteile der bekannten Schaltungen dadurch beseitigt,
daß die bei einem Körperschluß am Differenzwandler auftretende Spannung eine aus einer oder
allen Netzphasen und dem Nulleiter entnommene Ruhespannung kompensiert und damit die Abschaltung
der Anlage mit Hilfe eines elektrostatischen Relais nach dem Johnsen-Rahbeck-Effekt über eine Auslösesperre
bewirkt.
Bei dieser Schutzschaltung besteht die Möglichkeit, den größten Teil der Schaltelemente des Schutzschalters
unter ständige Kontrolle zu bekommen. Ferner kann der Schutzschalter nach dieser Schaltungsanordnung
bei kleinsten Auslösestromstärken und großer Schaltleistung ohne Schwierigkeiten gebaut werden.
Sie spricht ferner auch bei Ausfall der Netzspannung an. Der Schalter kann während eines Netzausfalls
nicht wieder eingeschaltet werden, weil die Auslösesperre wegen der fehlenden Ruhespannung sofort
wieder auslöst.
Bei einer zweipoligen Anlage sind die Ruhespannung und die aus dem Differenzwandler entnommene
Kompensationsspannung Wechselspannungen. Die durch den Fehlerstrom entstandene Spannung in der
Sekundärwicklung des Differenzwandlers hat gegenüber der Ruhewechselspannung eine Phasenverschiebung
von 180° und kann somit zur Kompensation benutzt werden.
Bei Kraftanlagen, die längere Zeit ohne Kontrolle laufen, ist es oft erwünscht, beim Ausfall der Stromzuführung
vom Netz eine selbsttätige Abschaltung vom Netz zu gewährleisten. In großen Beleuchtungsanlagen
(4-Leiter-Anschluß), besonders bei Leuchtstoffröhrenanlagen, die durch Kondensatoren kompensiert
sind, tritt bei Unterbrechung des Nulleiters im Netz eine Überspannung an den Verbrauchern auf,
die zur Zerstörung führt. In diesen Fällen tritt die Schutzschaltung in Funktion.
Bei dem elektrostatischen Relais nach dem Johnsen-Raihbeck-Effekt
handelt es sich um ein Relais, das die elektrostatische Anziehung zwischen zwei Belegungen
ausnutzt. Das Grundprinzip eines derartigen Relais ist ζ B. in der deutschen Patentschrift 442 274 angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen-Standes ist in der Zeichnung dargestellt.
Das zu schützende Gerät ist hierbei über einen selbsttätigen allpoligen Schalter c angeschlossen. Entsprechend
der Anzahl der betriebsmäßigen Leiter der zu schützenden Anlage hat der Wandler i mehrere
Primärwicklungen. Beim ordnungsmäßigen Zustand der Anlage ohne Isolationsfehler ist die Summe der
Ströme in der Gesamtheit der zum Betrieb benötigten Leiter in jedem Moment gleich Null, und zwar unabhängig
davon, ob die Belastung symmetrisch oder unsymmetrisch ist. Bei normalen Betriebsverhältnissen
wird also im Eisenkörper des Wandlers i kein magnetisches Feld erzeugt und somit keine Spannung in
der Sekundärwicklung k induziert. Tritt jedoch an einem der Geräte I der elektrischen Anlage ein
Körperschluß auf und steht das Gerät / mit der Erde in gut leitender Verbindung, dann fließt der Fehlerstrom
auch durch die Primärwicklung des Wandlers i. Die Rückleitung des Fehlerstromes geschieht jetzt
über die Trafoerde. Durch diese entstandene Unsymmetrie
wird im Eisenkern des Wandlers i ein magnetisches Feld und somit in der Sekundärwicklung
k eine Spannung hervorgerufen (Abb. 1).
Diese Spannung wird nun auf ein Metall-Halbleiter-System b, α gegeben und kompensiert die zuvor
zum Einschalten und zur Sperrung des Schalters c benötigte Speisung I (Abb. 2).
Die Funktion des als elektrostatisches Relais nach dem Johnsen-Rahbeck-Effekt ausgebildeten Fehlerstromschalters
beruht auf der Ausnutzung der elektrostatischen Anziehung. Das Relais enthält z. B. ein
Metallband b, welches um einen Halbleiter a, wie z. B. Schiefer oder Achat, gespannt wird. Führt man
einem solchen System Spannung zu, so tritt eine starke Anziehungskraft zwischen Metallband b und
Halbleiter α auf.
Nach Fortfall der Spannung ist die Anziehung zwisohen Halbleiter α und Metallband b wieder normal.
Der Ruhestrom fließt nun nach Einschalten des Schalters c bei normalen Betriebsverhältnissen über
die Widerstände m, Gleichrichter n, Sternverbindung der drei Phasen zum Metallband b, durch den Halbleiter
α zur Achse e und weiter zum Nulleiter zurück. Hierdurch ist die ständige Einschaltung des
Schalters c durch die Sperrung / sichergestellt.
Der Fehlerstrom (Speisung II), der entgegengesetzt gegenüber der Speisung I im Halbleiter ο von der
Sekundärwicklung des Wandlers k über einen Gleichrichter d auf die Metallachse e, Halbleiter α zum
Metallband b und zur Sekundärwicklung k zurückfließt, kompensiert dadurch den Ruhestrom (Speisung
I) im Halbleiter α und hebt damit die starke Anziehungskraft zwischen Metallband b und feststehendem
Halbleiter α auf. Die stärkere Federkraft h bewirkt gegenüber der schwächeren Federkraft g die
Entsperrung f und somit die Ausschaltung des Schalters c. Für die Konstanthaltung der Gleichspannung
der Speisung I und II sind Kondensatoren ο und p vorgesehen.
Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit des Schaltbildes nach Abb. 1 und 2 sind andere Bauelemente,
wie z. B. für die Prüfeinrichtung auf Funktion des Fehlerstromschalters, fortgelassen.
Claims (3)
1. Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer Anlagen durch Abschalten beim Auftreten von
Fehlerströmen mit Hilfe eines Differenzwandlers und eines in Abhängigkeit von den im Differenzwandlei
auftretenden Strömen ausgelösten Schalters, dessen Auslösesperre mit einem Betätigungsorgan
in Verbindung steht, das bei normalem Betriebszustand durch eine Ruhestromspeisung an
der Betätigung verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einem Körperschluß am
Differenzwandler auftretende Spannung eine aus einer oder allen Netzphasen und dem Nulleiter
entnommene Ruhespannung kompensiert und damit die Abschaltung der Anlage mit Hilfe eines
elektrostatischen Relais nach dem Johnsen-Rahbeck-Effekt über eine Auslösesperre bewirkt.
2. Schal tungsanordnumg nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einer zweipoligen Anlage die Ruhespannung und die aus dem Differenzwandler entnommene Kompensationsspannung
Wechselspannungen sind.
3. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung
so getroffen ist, daß bei Drehstrombeleuchtungsanlagen bei einer Unterbrechung des Null-
leiters von der Netzseite aus eine sofortige Abschaltung der nachgeschalteten Anlage erfolgt.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 709 687, 506 749,
309, 454 198, 442 274;
schweizerische Patentschriften Nr. 239 632, 178668;
österreichische Patentschrift Nr. 178 668; Bugmann: Experimental-Physik, Berlin, 1950,
5 S. 130;
F. u. G. Rundschau, 1952, S. 105 bis 118.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEST11532A DE1053639B (de) | 1956-08-13 | 1956-08-13 | Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer Anlagen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEST11532A DE1053639B (de) | 1956-08-13 | 1956-08-13 | Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer Anlagen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1053639B true DE1053639B (de) | 1959-03-26 |
Family
ID=7455425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEST11532A Pending DE1053639B (de) | 1956-08-13 | 1956-08-13 | Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer Anlagen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1053639B (de) |
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- 1956-08-13 DE DEST11532A patent/DE1053639B/de active Pending
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