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Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschutzschaltem
Zusatz zum Patent: 1137 115 Im Hauptpatent 1137115 wird eine Schaltungsanordnung
zur Prüfung von Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschutzschaltern sowie zur Messung
des Erdungs- und Schleifenwiderstandes beschrieben, die ein als Spannungswächter
ausgebildetes Relais aufweist, das die Meßanordnung bei anliegender Netzspannung
einschaltet und bei Gefahr einer Spannungsverschleppung sofort ausschaltet.
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In den VDE-Vorschriften 0100 und 22 N wird bekanntlich verlangt,
daß vor Inbetriebnahme einer elektrischen Anlage die Wirksamkeit der Schutzmaßnahmen
mit Schutzleiter zu prüfen ist. Zu diesen Schutzmaßnahmen gehört unter anderem der
Einbau von Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschutzschaltern. Die prinzipiellen Schaltungen
zur Prüfung dieser Schutzmaßnahmen sind in Fig. 1 und 2 des Hauptpatentes ausführlich
dargestellt. Zusammenfassend kann wiederholt werden, daß bei derartigen Prüfschaltungen
über einen Prüfwiderstand ein künstlicher Fehler erzeugt wird, der an dem zu schützenden
Gerät eine Fehlerspannung hervorruft. Bei der bekannten Messung mit einer Sonde
kann diese Fehlerspannung an einem Voltmeter abgelesen werden.
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Da die Verwendung einer Meßsonde zur Prüfung in den meisten Fällen
sehr viel Aufwand erfordert, wird in Netzen, deren Spannung gegen Erde festliegt,
die an dem Prüfwiderstand selbst abfallende Spannung gemessen und angezeigt.
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Damit durch den Prüfvorgang selbst keine gefährlichen Berührungsspannungen
erzeugt und in andere Anlageteile verschleppt werden können, muß der Prüfwiderstand
beim Einschalten so groß sein, daß der entstehende Strom bei einer Reihenschaltung
dieses Widerstandes mit dem menschlichen Körper so klein ist, daß im Körper keine
gefährlichen Spannungsabfälle entstehen können. Derartige Spannungsabfälle treten
grundsätzlich dann auf, wenn der Schutzleiter unterbrochen ist.
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Die Vorschriften besagen, daß der Schutzschalter bei einer Prüfung
auslösen muß, bevor die an dem Prüfwiderstand gemessene Spannung um mehr als 65
bzw. 24 V gegenüber der Netzspannung abgesunken ist. Löst der Schutzschalter innerhalb
dieses Bereiches nicht aus, so ist dies ein Zeichen dafür, daß die Schutzschaltung
nicht in Ordnung ist.
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Die Schaltungsanordnung gemäß dem Hauptpatent stellt gegenüber den
herkömmlichen Meßverfahren mit Voltmetern schon eine wesentliche Verbesserung dar,
weil durch die automatische Abschaltung des als Spannungswächter ausgebildeten Relais
eine Ja-Nein-Aussage bewirkt wird und darüber hinaus eine Spannungsverschleppung
verhindert wird.
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Die vorliegende Erfindung besteht darin, daß bei einer solchen Schaltungsanordnung
nach dem Hauptpatent dem Relais ein Prüfstromkreis parallel liegt, der mindestens
einen Heißleiter aufweist, dessen stetig ansteigender Strom nach einer in derGrößenordnung
von Sekunden liegenden Meßzeit entweder infolge zu großen Spannungsabfalles das
Relais zum Abfallen bringt oder den Fehlerstrom- oder Fehlerspannungsschutzschalter
auslöst oder bei dessen Versagen einen im Prüfstromkreis liegenden thermischen Auslöser
betätigt.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den Prüfvorgang voll und
ganz zu automatisieren, was unter anderem dadurch gelangt daß der gemäß dem Hauptpatent
verwendete und von Hand einzuregulierende Prüfwiderstand durch einen an sich bekannten
Heißleiter ersetzt wurde. Da der Heißleiter einen negativen Temperaturkoeffizienten
besitzt, ist die Schaltung an sich instabil. Die Entstehung zu großer Ströme beim
Versagen der Schutzschaltung wird im Rahmen der Erfindung durch den Einbau eines
thermischen Auslösers verhindert. Es ist dann möglich, mit Hilfe von drei Spannungsanzeigeorganen
unter Verzicht auf übliche Meßinstrumente eine Aussage über das ordnungsgemäße Arbeiten
der Schutzschaltung und über die Art eventuell vorhandener Fehler zu erhalten.
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Die Anwendung von Thermoschaltern ist für Fehlerstromschutzschalter
bekannt. Fehlerstromschutzschalter werden häufig mit Prüfanordnungen mit einem der
künstlichen Erzeugung eines Fehlerstromes dienenden, von Hand willkürlich einschaltbaren,
einen entsprechend bemessenen Prüfwiderstand enthaltenden Prüfstromkreis ausgestattet.
In unmittelbarer Nähe des Prüfwiderstandes ist dann ein Thermoschalter
angeordnet,
der beim Überschreiten der für den Widerstand zulässigen Höchsttemperatur diesen
abschaltet.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles gemäß der
Zeichnung erläutert.
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Die Schaltungsanordnung besteht aus einem Relais A mit dem Selbsthaltekontakt
a, dem Heißleiter W., mit dem Vorwiderstand Wt, der Drucktaste T mit dem Arbeitskontakt
t1 und dem Ruhekontakt t2, dem thermischen Auslöser Th und den Spannungsanzeigeorganen
L1, L2 und L3, die gemäß dem Ausführungsbeispiel als verschiedenfarbige Glimmlampen
ausgebildet sind. Der eigentliche Prüfstromkreis weist außer dem Heißleiter W. und
dem Vorwiderstand W1 den Ruhestromkontakt t2 der Drucktaste T und den thermischen
Auslöser Th auf.
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Die gesamte Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom- und
Fehlerspannungsschutzschaltern wird vorzugsweise mit Hilfe eines Schutzkontaktsteckers
an den Phasenleiter, den Mittelpunktleiter und den Schutzleiter des geschützten
Netzes angeschlossen. Zwischen Phasenleiter und Mittelpunktleiter liegt die Glimmlampe
Lt, die vorzugsweise mit einer roten Abdeckung versehen ist. Die Glimm-]ampe L.,
ist in Reihe mit dem thermischen Auslöser Th zwischen Phasenleiter und Schutzleiter
geschaltet. Sie weist vorzugsweise eine gelbe Abdeckkappe auf und brennt immer dann,
wenn bei anliegender Netzspannung der thermische Auslöser geschlossen ist. Parallel
zu der Reihenschaltung aus dem Heißleiter W2, dem Vorwiderstand W, und dem Ruhekontakt
t ist die Glimmlampe L. geschaltet, die z. B. in weißer oder grüner Farbe aufleuchtet.
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Der Selbsthaltekontakt a des parallel zum Prüfstromkreis liegenden
Relais ist so angeordnet, daß durch seine Öffnung außer dem Relaisstromkreis auch
der Prüfstromkreis und der Stromkreis der Lampe unterbrochen wird.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung ist folgende:
Beim Anschluß des Gerätes an das zu prüfende Netz leuchten bei richtiger Polung
die rote und die gelbe Lampe auf.
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Wird nun das Gerät mit falscher Polung an das Netz angeschlossen
(Vertauschung des Phasenleiters mit dem Mittelpunktleiter), so kann nur die rote
Lampe aufleuchten, weil die zwischen dem Mittelpunktleiter und dem Schutzleiter
liegende gelbe Lampe kein Potential erhält. Leuchtet auch nach dem Umpolen nur die
rote Lampe auf, so ist der Schutzleiter unterbrochen.
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Wenn dagegen beim Anschluß des Gerätes lediglich die gelbe Lampe
brennt, so wird damit angezeigt, daß in dem Netz der Schutzleiter und der Phasenleiter
vertauscht sind. In diesem Falle besteht Lebensgefahr.
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Hat man das Gerät in richtiger Polung so angeschlossen, daß die gelbe
und die rote Lampe aufleuchten, so kann durch das Drücken der Taste T der Meßvorgang
eingeleitet werden. Die Schaltung zeigt, daß durch das Schließen des Kontaktes t1
das Relais A an Spannung gelegt wird und seinen Selbsthaltekontakt a schließt. Solange
die Taste T gedrückt bleibt. ist der Ruhekontakt t geöffnet und der Prüfstromkreis
trotz geschlossenem Selbsthaltekontakt a stromlos. Die Einschaltung des Relais A
wird durch das Aufleuchten der weißen Lampe L, angezeigt. Damit brennen alle drei
Lampen gleichzeitig. Mit Beginn
der Messung, d. h. nach dem Loslassen der Taste T.
wird der HeißleiterW, aufgeheizt. wodurch der Strom im Prüfstromkreis nach einer
e-Funktion ansteigt. Die Prüfung kann je nach Zustand der zu überwachenden Anlage
zu einem der folgenden drei Ergebnisse führen: I Sobald nach einigen Sekunden der
stetig ansteigende Prüfstrom den Auslösestrom des intakten Schutzschalters überschritten
hat, löst der Schutzschalter aus und trennt die zu prüfende Anlage vom Netz. Dieses
Ergebnis wird dadurch angezeigt, daß alle drei Lampen zugleich erlöschen.
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II Nach einer gewissen Meßzeit fällt das Relais A ab, weil entweder
der Erdungswiderstand des Schutzleiters zu hoch ist oder der Auslösestrom des Schutzschalters
so hoch eingestellt ist, daß die Abfallspannung am Relais unterschritten wird. Dieser
Fehler wird durch das Erlöschen der weißen Lampe LJ infolge Öffnung des Kontaktes
a angezeigt.
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III Nach einigen Sekunden Prüfzeit schaltet der thermische Auslöser
sowohl den Prüfstromkreis als auch die weiße und die gelbe Lampe ab, so daß lediglich
die rote Lampe brennen bleibt.
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Das Ansprechen des thermischen Auslösers zeigt bei Fehlerstromschutzschaltungen
entweder eine Vertauschung des Mittelpunktleiters mit dem Schutzleiter oder einen
Kurzschluß zwischen diesen beiden Leitern an.
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Bei Fehlerspannungsschutzschaltern ist dieses Prüfungsergebnis ein
Zeichen dafür, daß der Schutzleiter eine niederohmige Nebenerde hat.
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Hat die Prüfung ergeben, daß die Schutzschaltung gemäß I in Ordnung
ist oder ein Fehler nach II vorliegt, so kann die Schaltungsanordnung nach einigen
Sekunden Wartezeit zur Abkühlung des Heißleiterwiderstandes zu einer erneuten Messung
benutzt werden. Die Widerstände W1 und W.2 werden so dimensioniert, daß die Wartezeit
bis zur nächsten Messung in den genannten Fällen vorzugsweise nicht größer als etwa
10 Sekunden ist. Liegt dagegen ein Fehler nach III vor, so ist die Wartezeit bis
zur nächsten Messung länger, da der thermische Auslöser zu seiner Abkühlung und
Wiedereinschaltung etwa 1 Minute benötigt.
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Wird die beschriebene Schaltungsanordnung zur automatischen Prüfung
von Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschutzschaltern vor einer ausreichenden Abkühlung
erneut in Betrieb genommen, so werden gefährliche Spannungsverschleppungen dadurch
vermieden, daß bei geschlossenem Thermoauslöser und zu niedrigem Heißleiterwiderstand
durch das Drükken der Taste T infolge der Öffnung des Kontaktes t2 der Prüfstromkreis
unterbrochen wird und das Relais nach dem Loslassen der Taste T sofort erneut abschaltet.
Bei noch offenem Thermoauslöser kann bei der in der Schaltung angegebenen Lage dieses
Auslösers kein Prüfstrom entstehen, so daß ebenfalls keine Spannungsverschleppung
hervorgerufen werden kann.
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Die Schaltungsanordnung zur automatischen Prüfung von Fehlerstrom-
und Fehlerspannungsschutzschaltern besitzt dadurch entscheidende Vorteile gegenüber
den bisher bekanntgewordenen Schaltungen auf diesem Gebiet. Da die Abkühlungszeit
und damit die Zeit bis zum Wiedereinschalten des Thermoauslösers
wesentlich
größer ist als die Abkühlungszeit des Heißleiterwiderstandes, wird eine Ober lastung
des Heißleiters mit Sicherheit vermieden.
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Durch die Automatisierung ergab sich der weitere große Vorteil der
Unabhängigkeit von Bedienungs-und Ablesefehlern. Ein entscheidender Fortschritt
ist auch darin zu sehen, daß Fehler in der Schutzschaltung nicht nur grundsätzlich
angezeigt, sondern durch verschiedene Lampensignale auch so genau gekennzeichnet
werden, daß weitere Hilfsmittel zur genauen Feststellung der Fehlerart überflüssig
sind.
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Gegenüber den früher üblichen Prüfschaltungen mit einem oder mehreren
Voltmetern und Einstellwiderständen zeichnet sich der Gegenstand der Erfindung durch
kleine Abmessungen, geringes Gewicht, niedrigen Preis und Unempfindlichkeit gegen
Erschütterungen aus. Es ist nicht möglich, das Gerät durch unsachgemäße Bedienung
zu zerstören. Da alle Aussagen des Gerätes in Form von Ja-Nein-Entscheidungen geliefert
werden, kann die Prüfung auch von ungeübtem Hilfspersonal durchgeführt werden.