DE19946098A1 - Fehlerstromschutzeinrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Fehlerstromschutzeinrichtung 2 enthält eine Differenzstrommesseinrichtung 9, um auf den durch ihn hindurchführenden Stromleitungen 5, 6 eine eventuelle Stromdifferenz zu ermitteln, die ein Indiz für einen Erdschluss eines angeschlossenen Verbrauchers ist. Wenn eine derartige Situation auftritt, wird eine in der Fehlerstromschutzeinrichtung 2 enthaltene Kurzschlusseinrichtung 19 getriggert, die eine oder mehrere Phasen über einen Strombegrenzungswiderstand 21 miteinander kurzschließt. Dadurch werden Leitungsschutzeinrichtungen 1, die in der Netzzuleitung zu der Fehlerstromschutzeinrichtung 2 liegen, ausgelöst und schalten die Netzspannung weg. DOLLAR A Die magnetische Auslösung der mechanischen Schalterkontakte 31, 32 erfolgt unter Zuhilfenahme eines Stromes, der deutlich über dem Nennstrom der Anordnung bzw. des Leitungsschutzschalters 1 liegt.

Description

Aufgrund von Isolationsfehlern können elektrisch lei­ tende Teile von elektrisch betriebenen Geräten Spannung bekommen. Dies ist besonders dann gefährlich, wenn es sich um eine Spannung gegen Erde handelt, wie es insbesondere bei Niederspannungsnetzen der Fall sein kann, bei denen der Sternpunkt geerdet ist. Berührt eine Person ein solches spannungsführendes Teil, fließt über den Körper ein lebens­ gefährlicher Strom gegen Erde ab.

Um solche gefährliche Situationen weitgehend zu ver­ meiden, werden die elektrisch leitenden Gehäuse von elek­ trisch betriebenen Geräten über einen Schutzleiter geerdet. Die Schutzeinrichtung ist nur dann wirksam, wenn die Erde des Schutzleiters auch tatsächlich einwandfrei ist.

Da dies weder geräteseitig noch netzseitig immer ge­ währleistet ist, werden in zunehmenden Maße sogenannte Fehlerstrom- oder Differenzstromschutzschalter verwendet.

Die Fehlerstromschutzschalter messen bspw. bei einem zwei­ phasigen Anschluss, ob eine Stromdifferenz in den beiden Stromleitern auftritt. Das Auftreten einer Stromdifferenz ist ein Zeichen für einen möglicherweise gefährlichen Kör­ perstrom, der über einen menschlichen Körper abgeleitet wird, d. h. der über den Phasenleiter zugeführte Strom fließt nicht über den Nullleiter zurück, sondern über einen anderen Strompfad.

Der Fehlerstromschutzschalter erfasst die Stromdif­ ferenz und schaltet daraufhin die Spannungsversorgung zu dem betreffenden elektrischen Gerät ab.

Die bislang bekannten Fehlerstromschutzschalter benö­ tigen, damit sie ihre Funktion einwandfrei erfüllen können, einen leistungsfähigen Kontaktsatz, der in der Lage ist, den Nennstrom, der über die betreffende Stromversorgung geliefert werden kann, auch abzuschalten. Der Kontaktsatz ist in Öffnungsrichtung federvorgespannt und wird durch ein elektrisch auslösbares Schloss in der geschlossenen Stel­ lung gehalten. Die Stromdifferenzmesseinrichtung des Feh­ lerstromschalters muss in der Lage sein, ausreichend elek­ trische Leistung zu liefern, um das Schloss auszulösen, damit die Kontakte trennen können.

Das Halte- und Auslöseschloss des Fehlerstromschutz­ schalters stellt ein besonders kritisches Bauteil dar, das Hauptursache für das Versagen von Fehlerstromschutzschal­ tern ist. Dies hat u. a. seine Ursache in dem Zwang dieses Halteschloss so klein wie irgend möglich zu bauen, so dass kräftige Auslösemagneten nicht in Frage kommen, sowie in der geringen elektrischen Leistung zum Ansteuern.

Der Schaltersatz einschl. seiner elektromechanischen Betätigung sowie die Stromdifferenzmesseinrichtung benöti­ gen einen beachtlichen Bauraum, weshalb die bislang bekann­ ten Fehlerstromschutzschalter Gehäuse erfordern, das größer ist als bei vergleichbaren Leitungsschutzschaltern.

Fehlerstromschutzschalter benötigen für gewöhnlich bei der Aneinanderreihung auf Halteschienen in Längsrichtung der Halteschiene den doppelten bis dreifachen Platz eines vergleichbaren Leitungsschutzschalters.

Wenn der Platz in Anreihrichtung verringert wird, dann erhöht sich der Bauraum senkrecht dazu, weshalb solche schmäleren Leitungsschutzschalter in normalen, genormten Verteilerkästen nicht untergebracht werden können.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung eine Fehlerstromschutzeinrichtung zu schaffen, die sich bei ge­ ringerem Bauraum durch eine höhere Zuverlässigkeit aus­ zeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fehler­ stromschutzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzeinrichtung wird kein Schaltersatz zum Trennen der Stromkreise verwen­ det. An die Stelle des Schaltersatzes, der die Stromkreise abschaltet tritt eine Kurzschluss- oder Laststromeinrich­ tung, die die Phasen, die die Fehlerstromschutzeinrichtung überwacht miteinander bzw. gegen Erde kurzschließt bzw. zusätzlich belastet.

In Verbindung mit den Induktivitäten und Widerständen in den Netzzuleitungen wird dadurch bereits die Spannung bei entsprechender Dimensionierung der Kurzschlusseinrich­ tung mehr oder weniger reduziert, wodurch die Personenge­ fährdung gemindert wird.

Die Normen gehen heute davon aus, dass Wechselspannun­ gen von 50 Hz nicht mehr gefährlich sind, soweit der Effek­ tivwert unter 48 V abgesunken ist. Wenn die Kurzschlussein­ richtung in der Lage ist die Phasenspannung am Verbraucher auf einen Wert kleiner diesem Grenzwert herunterzudrücken, ist die Personengefährdung ausgeschlossen. Dabei hat die Kurzschlusseinrichtung den wesentlichen Vorteil, noch schneller ansprechen zu können als elektromechanische Schalter, insbesondere dann, wenn die Kurzschlusseinrich­ tung elektronisch ausgebildet ist.

Die Fehlerstromschutzeinrichtung kommt in die Lage innerhalb einer Wechselstromhalbwelle, also innerhalb von 10 msec die Spannung an der personengefährdenden Phase auf ungefährliche Werte abzusenken, wenn der Kurzschlussstrom entsprechend groß ist.

Aus Gründen der Brandschutzsicherheit sind obendrein sowohl in Haushaltsnetzen als auch in Industrienetzen die Stromzuleitungen abgesichert. Zur Absicherung kommen sowohl Schmelzsicherungen als auch heute überwiegend Leitungs­ schutzschalter in Frage, die bei hohen Kurzschlussströmen wesentlich schneller abschalten als Schmelzsicherungen. Wenn die neue Fehlerstromschutzeinrichtung in Serie mit einem Leitungsschutzschalter geschaltet ist, bewirkt die Kurzschlusseinrichtung zusätzlich ein Auslösen des Lei­ tungsschutzschalters. Dadurch wird eine thermische Überlas­ tung der Kurzschlusseinrichtung im Fehlerschutzschalter und eine thermische Überlastung der Zuleitungen ausgeschlossen.

Die Kombination aus der neuen Fehlerstromschutzein­ richtung und einem klassischen Leitungsschutzschalter mit magnetischer Auslösung zeigt darüber hinaus eine wesentlich größere Zuverlässigkeit als die bekannten Fehlerstrom­ schutzschalter mit eigenem Kontaktsatz. Der Kontaktsatz des Leitungsschutzschalters wird über einen Magneten ausgelöst bzw. getrennt, der für einen Kurzschlussstrom ausgelegt ist. Damit stehen wesentlich größere elektrische Leistungen zum Auslösen des Schaltersatzes zur Verfügung als bei einem Fehlerstromschutzschalter nach dem Stand der Technik. Ein Leitungsschutzschalter für 16 A löst bei einem Kurzschluss­ strom von minimal 80 A zuverlässig aus.

Die Kombination aus dem Leitungsschutzschalter und der Fehlerstromschutzeinrichtung würde ihre schützende Funktion bereits erfüllen, wenn die Kurzschlusseinrichtung so dimen­ sioniert ist, dass sie einen wenig über dem magnetischen Auslösestrom liegenden Strom im Fehlerfall hervorruft.

Der erfindungsgemäße Gedanke ist nicht auf einphasige Fehlerstromschutzeinrichtungen beschränkt. Es können auch mehrphasige Fehlerstromschutzeinrichtungen realisiert wer­ den, indem für jede abzuschaltende bzw. zu überwachende Phase eine Kurzschlusseinrichtung vorgesehen wird. Zweck­ mäßigerweise werden diese Kurzschlusseinrichtungen synchron betätigt, wenn auf lediglich einer Phase ein gefährlicher Stromdifferenzwert erfasst wird.

Die Ansteuerung der Kurzschlusseinrichtungen erfolgt je nach Ausführung entweder galvanisch getrennt oder im Falle eines Sternnetzes mit geerdeten Sternpunkt auch ohne galvanische Trennung.

Die Stromdifferenz wird am einfachsten mit Hilfe eines Summenstromwandlers erfasst, dessen Primärwicklungen die Verbindungsleitungen zwischen den Eingangs- und den Aus­ gangsanschlüssen des Fehlerstromsschutzschalters sind. Der Summenstromwandler enthält, um ihn gegen magnetische Stö­ rungen weitgehend unempfindlich zu machen, vorzugsweise einen Ringkern.

Um mehrere Kurzschlusseinrichtungen ansteuern zu kön­ nen, sind gegebenenfalls mehrere Sekundärwicklungen enthal­ ten, von denen jede für sich eine Kurzschlusseinrichtung ansteuert.

Die Kurzschlusseinrichtungen enthalten ein gesteuertes Schaltelement, vorzugsweise einen gesteuerten Halbleiter­ schalter. Damit der gesteuerte Schalter in seinem "EIN-Zu­ stand" bleibt ist eine Selbsthalteeinrichtung vorgesehen. In dem Augenblick, in dem nach dem Erfassen eines Fehler­ stroms die Kurzschlusseinrichtung betätigt wird, könnte es geschehen, dass der Fehlerstrom auf einen Wert absinkt, der unterhalb des Auslösewertes für die Fehlerstromschutzein­ richtung liegt. Würde er nicht selbsthaltend sein oder kei­ ne Hysteresekennlinie aufweisen, könnte anschließend die Kurzschlusseinrichtung wieder abgeschaltet werden, mit der entsprechenden fatalen Folge für die an sich zu schützende Person.

Die Kurzschlusseinrichtung enthält zweckmäßigerweise noch eine Strombegrenzungseinrichtung und zwar in Gestalt eines linearen oder nicht linearen Widerstandes. Der nicht lineare Widerstand, bspw. in Form eines Varistors schützt einen Triac, der mit ihm in Serie liegt dagegen, aufgrund kurzzeitigen Spannungsspikes getriggert zu werden, weil die Spannung am Triac entsprechend vermindert wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Feh­ lerstromschutzeinrichtung für eine einphasige Anwendung und

Fig. 2 die erfindungsgemäße Fehlerstromschutzeinrichtung für eine dreiphasige Anwendung.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer Zusammen­ schaltung aus einem Leitungsschutzschalter 1 und einer Feh­ lerstromschutzeinrichtung 2.

Die Fehlerstromschutzeinrichtung 2 weißt zwei Ein­ gangsanschlüsse 3 und 4 auf, die über zwei Verbindungslei­ tungen 5 und 6 galvanisch mit zwei Ausgangsanschlüssen 7 und 8 wie gezeigt verbunden sind. Die Anschlüsse 7 und 8 dienen dem Anschluss eines nicht weiter gezeigten Verbrau­ chers in Gestalt eines elektrischen Gerätes.

Der Strom auf den beiden Verbindungsleitungen 5 und 6 wird mit Hilfe einer Differenzstrommesseinrichtung 9 er­ fasst. Zu der Differenzstrommesseinrichtung 9 gehören ein Summenstromwandler 11 sowie eine Auswerte- und Ansteuer­ schaltung 12.

Der Summenstromwandler enthält einen ferromagnetischen Ringkern 13, durch den die beiden Verbindungsleitungen 5 und 6 hindurch führen. Die Verbindungsleitung 5 bildet wie gezeigt auf dem Ringkern 13 eine erste Primärwicklung 14, während die Verbindungsleitung 6 eine zweite Primärwicklung 15 darstellt. Der Wicklungssinn der beiden Primärwicklungen 14 und 15 ist so gewählt, dass sich ihr Magnetfeld kompen­ siert, wenn in beiden Verbindungsleitungen 5 und 6 betrags­ mäßig der gleiche Strom fließt, jedoch mit umgekehrter Flussrichtung.

Auf dem Ringkern 13 ist ferner eine Sekundärwicklung 16 aufgebracht, deren Wicklungsenden 17 und 18 an entspre­ chende Eingangsanschlüsse der Auswerte- und Steuerelektro­ nik 12 angeschlossen sind.

Die beiden Verbindungsleitungen 5 und 6 sind zwischen den Eingangsanschlüssen 3 und 4 und dem Summenstromwandler 11 durch eine steuerbare Kurzschlusseinrichtung 19 mitein­ ander verbunden. Die Kurzschlusseinrichtung 19 enthält eine Serienschaltung aus einem Widerstand 21 und einem Triac 22. Der Triac 22 ist mit seinem Steueranschluss 23 sowie mit einer seiner Hauptelektroden 24 an zwei Ausgangsanschlüsse 25 und 26 der Auswerte- und Steuerschaltung 12 angeschlos­ sen.

Um die Funktionsfähigkeit der Fehlerstromschutzein­ richtung 2 zu überprüfen, ist eine Bypassverbindung 27 vor­ handen, die die Verbindungsleitung 5 mit der Verbindungs­ leitung 6 überbrückt. Die Bypassverbindung 27 ist an der Verbindungsleitung 5 zwischen dem Eingangsanschluss 3 und dem Summenstromwandler 11 und mit der Verbindungsleitung 6 zwischen dem Summenstromwandler 11 und dem Ausgangs­ anschluss 8 verbunden. Auf diese Weise kann ein Strom er­ zeugt werden, der an dem Summenstromwandler 11 vorbei­ fließt. Die Bypassverbindung 27 enthält in bekannter Weise einen Strombegrenzungswiderstand 28 sowie wie einen Prüf­ taster 29.

Der Leitungsschutzschalter 1 hat einen bekannten Auf­ bau und braucht deswegen nur soweit beschrieben zu werden, wie es für das Verständnis der Erfindung notwendig ist.

Der Leitungsschutzschalter 1 enthält zwei elektrome­ chanische Kontaktsätze 31 und 32, die eingangsseitig mit Netzanschlussklemmen 33 und 34 verbunden sind. In der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontaktsatz 31 hin zu dem Eingangsanschluss 3 der Fehlerstromschutzeinrichtung 2, der gegebenenfalls mit dem Ausgangsanschluss des Leitungs­ schutzschalters 1 identisch ist, liegt eine Magnetwicklung 35, die wie eine gestrichelte Linie 36 andeutet, dazu dient, die beiden Kontaktsätze 31 und 32 auszulösen bzw. zu öffnen.

Der Kontaktsatz 32 verbindet wie gezeigt die Netzan­ schlussklemme 34 mit dem Eingangsanschluss 4 des Fehler­ stromschalters 2. Der Eingangsanschluss 4 kann gleichzeitig den Ausgangsanschluss des Leitungsschutzschalters bilden bzw. symbolisieren.

Wie bei Leitungsschutzschaltern üblich wirkt die Mag­ netwicklung 35 als schnell ansprechender Kurzschlussschutz, um bei Überströmen, die z. B. um den Faktor 5 über den Nenn­ strom des Leitungsschutzschalters liegen, die Kontaktsätze 31 und 32 zu öffnen. Selbstverständlich verfügt der Lei­ tungsschutzschalter 1 noch über eine thermische Auslöse­ einrichtung, die bei geringen Überströmen ansprechen soll, auf deren Funktion es im Zusammenhang mit der Erfindung jedoch nicht ankommt und die deswegen weder beschrieben noch gezeigt ist.

Die Auswerte- und Steuerschaltung 12 erhält ihre Ver­ sorgungsspannung aus den Verbindungsleitungen 7 und 8 und enthält darüber hinaus einen kurzzeitig wirkenden elektri­ schen Speicher, um ihre weiter unten beschriebene Funk­ tionsfähigkeit für eine begrenzte Zeit zu gewährleisten. Der Speicher ist sehr klein dimensioniert, um beim Ein­ schalten des Leistungsschutzschalters 1 eine schnelle Re­ aktionsfähigkeit gewährleisten zu können.

Ein eventuell vorhandener Schutzleiter ist zumindest an der Fehlerstromschutzeinrichtung vorbeigeschleift.

Die gezeigte Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:
Mit den Netzteingangsklemmen 33 und 34 liegt die Schaltungsanordnung an einem Niederspannungsnetz beispiels­ weise an einem Industrie- oder Haushaltsnetz. Es sei an­ genommen, dass die Netzeingangsklemme 34 mit dem geerdeten Nullleiter und die Netzeingangsklemme 33 mit einem Phasen­ leiter verbunden ist. An die Ausgangsanschlüsse 7 und 8 ist ein elektrischer Verbraucher angeschaltet. Der elektrische Verbraucher bekommt Strom, sobald von Hand die beiden Kon­ taktsätze 31 und 32 geschlossen sind.

Wenn der elektrische Verbraucher in Benutzung genommen wird und aus dem Netz elektrische Leistung entnimmt, treten in den beiden Verbindungsleitungen 5 und 6 Ströme auf, die betragsmäßig gleich groß sind, jedoch in entgegengesetzter Richtung fließen. Sie erzeugen in dem Ringkern 13 Magnet­ felder gleicher Größe und entgegengesetzter Polarität. Da­ mit bleibt der Ringkern 13 feldfrei und es wird in der Se­ kundärwicklung 16 keine Spannung induziert. Die Auswerte- und Steuerschaltung 12 erkennt diese Situation und gibt an ihren Ausgängen 15 und 26 keine Steuerspannung ab. Der Tri­ ac 22 bleibt gesperrt, womit über die Kurzschlusseinrich­ tung 19 zwischen den beiden Verbindungsleitungen 5 und 6 kein Strom fließen kann.

Sollte an dem elektrischen Verbraucher ein Erdschluss auftreten, der dazu führt, dass von dem Phasenleiter, der dem Ausgangsanschluss 7 entspricht, ein Strom in Richtung Erde fließt, entsteht ein Unterschied der Ströme, die in den Verbindungsleitungen 5 und 6 fließen. Entsprechend der Größe dieser Stromdifferenz können sich die Magnetfelder in dem Ringkern 13 nicht mehr gegenseitig aufheben. Das resul­ tierende Feld erzeugt in der Sekundärwicklung 16 eine Wechselspannung, die in den Eingang der Auswerte- und Steu­ erschaltung 12. Die Auswerte- und Steuerschaltung 12 ver­ gleicht diese Spannung die für die Stromdifferenz in den Verbindungsleitungen 5 und 6 repräsentativ ist mit einem Schwellwert. Wenn der Schwellwert überschritten wird, ist dies ein Zeichen dafür, dass die Stromdifferenz 30 mA über­ steigt, d. h. personengefährdende Werte annimmt.

Sobald diese Situation eintritt, erzeugt die Auswerte- und Steuerschaltung 12 an ihren Ausgängen 25 und 26 ein Spannungssignal mit ausreichender Größe, um den Triac 22 aus dem gesperrten in den leitenden Zustand umzuschalten. Dadurch wird der Widerstand 21 zwischen die beiden Verbin­ dungsschaltungen 5 und 6 geschaltet. Er erzeugt einen "Kurzschlussstrom" dessen Wert um ein vorgegebenes Sicher­ heitsmaß über dem Auslösestrom liegt, oberhalb dessen die Magnetwicklung 35 des Leistungsschutzschalters 1 anspricht und die Kontaktsätze 31 und 32 trennt.

Sobald die Kontaktsätze 31 und 32 geöffnet haben, ist die Netzspannung von den Ausgangsanschlüssen 7 und 8 weg­ geschaltet und die personengefährdende Situation behoben.

Ein Triac hat die Eigenschaft beim Stromnulldurchgang zu löschen. D. h. nach 10 msec geht der Triac wieder in den gesperrten Zustand über, es sei denn, das Steuersignal an seinem Steuereingang 23 bleibt erhalten, so dass der Triac auch für die nachfolgende Spannungshalbwelle wieder gezün­ det werden kann.

Um einen hinreichenden langen Stromfluss durch die Kurzschlusseinrichtung 19 sicher zu stellen, die ein zu­ verlässiges Auslösen des Leistungsschutzschalters 1 gewähr­ leistet, sorgt die Auswerte- und Steuerschaltung 12 durch bekannte Maßnahmen dafür, dass die Ausgangsspannung zum Zünden des Triacs 22 hinreichend lange anstehen bleibt.

Abgesehen von der großen Robustheit der Schalterkon­ takte des Leitungsschutzschalters 1 verglichen mit Schal­ terkontakten wie sie bislang in Fehlerstromschutzschaltern zur Anwendung gelangt sind, hat die gezeigte Schaltung noch einen weiteren Vorteil, wenn beim Auftreten eines Erd­ schlusses die Kurzschlusseinrichtung 19 aktiviert wird, vermindert sich automatisch die Spannung, die an dem Aus­ gangsanschluss 7 gegen über Erde anliegt, und zwar auf den Spannungsabfall an dem Widerstand 21. Diese Spannungsver­ minderung ist schneller als die mechanischen Kontakte öff­ nen können. Darüber hinaus unterdrückt der als Shunt arbeitende Widerstand 21 Induktionsspannungen, die beim Öffnen der Kontaktsätze 31 und 32 auftreten können.

Die Haltewirkung der Auswerte- und Steuerschaltung 12 ist auch zum Unterdrücken von Fehlschaltungen erforderlich. In dem Augenblick nämlich, bei dem beim Auftreten eines Erdschlusses die Auswerte- und Steuerschaltung 12 die Kurz­ schlusseinrichtung 19 triggert, vermindert sich die Aus­ gangsspannung der Fehlerstromschutzeinrichtung 2. Die ver­ ringerte Ausgangsspannung wiederum würde zu einem kleineren Fehlerstrom führen, der unter der Schaltschwelle der Auswerte- und Steuerschaltung 12 liegen könnte. Da jedoch nach wie vor die gefährliche Situation vorliegt und nur momentan unterdrückt ist, darf die Auswerte- und Steuer­ schaltung 12 durch die nachträgliche Verminderung des Erd­ schlussstroms nicht irritiert werden. Sie muss in der Lage sein, ihre getroffene Entscheidung durchzusetzen, um end­ gültig die lebensgefährliche Situation zu beseitigen. Hier­ zu ist die Halteschaltung notwendig, die dafür sorgt, dass die einmal getroffene Entscheidung auch dann weiterhin aus­ geführt wird, wenn nach dem Triggern der Kurzschlussein­ richtung 19 der Fehlerstrom sich vermindert. Anstelle einer Haltefunktion kommt hierfür auch eine Hysterese für den Grenzwert infrage, oberhalb dem die Auswerte- und Steuer­ schaltung 12 die Kurzschlusseinrichtung 19 triggert.

Durch die Fehlerstromschutzeinrichtung 2, die zwischen dem Leitungsschutzschalter 1 und dem elektrischen Verbrau­ cher liegt, wird die Funktion des Leistungsschutzschalters 1 in keiner Weise beeinträchtigt. Er arbeitet in der hin­ länglich bekannten Weise. Würde nämlich an dem Ausgang des Leitungsschutzschalters 2 ein Kurzschluss auftreten, würde dieser Kurzschluss zwar nicht zu einem Wirksamwerden der Fehlerstromschutzeinrichtung 2 führen, würde aber den Leitungsschutzschalter 1 in bekannter Weise auslösen. Das gleiche gilt, wenn der Strom, der über Leitungsschutzschal­ ter 1 dem Netz entnommen wird, um kleine Beträge über den Nennwert liegen. Dieser Überstrom würde die thermische Aus­ lösung nach einer entsprechend langen Zeit aktivieren.

Ein wesentlicher Vorteil der gezeigten Zusammenschal­ tung bzw. der erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzeinrich­ tung 2 besteht darin, dass er keine eigenen Kontaktsätze enthält. Er läßt sich dementsprechend sehr viel kleiner bauen und ist letzendlich zuverlässiger. Die Kontaktsätze von Leitungsschutzschaltern trennen erfahrungsgemäß wesent­ lich zuverlässiger, als es die Kontaktsätze von bekannten Fehlerstromschutzschaltern können. Der Auslösestrom der bei einem Leitungsschutzschalter zum Trennen der Kontakte ver­ wendet wird, entspricht einem Kurzschlussstrom mit dem 5­ fachen des Nennstroms. Es steht somit zum Ausschalten des Leitungsschutzschalters wesentlich mehr elektrische Lei­ stung zur Verfügung als bei den klassischen Fehlerstrom­ schutzschaltern, bei denen das Schloss, dass für die mecha­ nische Verriegelung der Kontaktsätze sorgt mit wenigen Mil­ liampere auskommen muss. Es tritt deswegen bei klassischen Fehlerstromschutzschaltern gelegentlich ein Hängenbleiben auf und der Fehlerstromschutzschalter kann die Netzspannung nicht wegschalten.

Die neue Fehlerstromschutzeinrichtung 2 lässt sich weit miniaturisieren. Sie kann in dem Gehäuse eines klassi­ schen Leitungsschutzschalters integriert werden, ohne die Gehäuseabmessungen über die normgerechten Abmessungen hin­ aus zu vergrößern.

Als Strombegrenzungswiderstand 21 in der Kurzschluss­ einrichtung 19 kommen sowohl ohmsche Widerstände als auch nicht-lineare Widerstände beispielsweise Varistoren in Fra­ ge. Letztere haben den Vorteil den Triac 22 gegen span­ nungsbedingtes Zünden zu schützen. Ein Triac kann nicht nur durch eine Steuerspannung an seiner Steuerelektrode gezün­ det werden, sondern auch durch eine über dem Grenzwert lie­ gende kurzzeitige Überspannung an seinem Hauptelektroden. Hiergegen würde ihn ein Varistor aufgrund seiner spannungs­ abhängigen Kennlinie schützen.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke für die Fehlerstrom­ schutzeinrichtung 2 ist nicht nur auf einphasige Anwendung beschränkt. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform für ein Dreh­ stromnetz.

Der Leitungsschutzschalter 1 verfügt über insgesamt 4 Netzeingangsklemmen 34, 33a, 33b und 33c. Jeder Netzein­ gangsklemme 33 . . . 34 ist ein Kontaktsatz 31a . . . 32 zugeord­ net, um die elektrische Verbindung zwischen der betreffen­ den Netzeingangsklemme 33a . . . 24 wie symbolisiert zu den Verbindungsleitungen 5a . . . 6 herzustellen. Die Verbindungs­ leitungen 5a. . .6 führen durch den Ringkern 13 und bilden in diesem Bereich die betreffenden Primärwicklungen ehe sie anderenends mit den Ausgangsanschlüssen 8, 7a, 7b und 7c gemäß Schaltbild in Verbindung stehen. Die Sekundärwicklung 16 ist wie zuvor auf dem Ringkern 13 aufgewickelt und mit ihren Ausgangsanschlüssen 17 und 18 an die Auswerte- und Steuerschaltung 12 angeschaltet.

Abweichend zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel weist die Auswerte- und Steuerschaltung 12 mehrere Signal­ ausgänge 25a . . . 25c auf. Mit jedem Signalausgang wird eine Kurzschlusseinrichtung 19a, 19b oder 19c angesteuert. Die Kurzschlusseinrichtungen 19a . . . 19c sind in der gleichen Weise wie nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 von ei­ ner Serienschaltung aus einem Triac und einem Strombegren­ zungswiderstand 21a . . . 21c gebildet.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Nullleiter, wie zuvor an der Netzeingangsklemme 34 liegt, während die drei Phasenleiter des Drehstromnetzes an den Netzteingangsklemmen 33a, 33b und 33c angeschaltet sind.

Jede der Kurzschlusseinrichtungen 19a . . . 19c liegt zwi­ schen der Verbindungsleitung 6 und der mit dem gleichen Buchstaben gekennzeichneten Verbindungsleitung 5a . . . 5c.

Wenn bei der gezeigten Zusammenschaltung ein Erd­ schluss auftritt, der zu einer Stromdifferenz in dem Ring­ kern 13 führt, steuert die Auswerte- und Steuerschaltung 12 die Triacs 22a . . . 22c an und erzeugt zwischen jedem Phasen­ leiter und dem Nullleiter den erforderlichen Auslösestrom für den dreiphasigen Leitungsschutzschalter 1. Der Leitungsschutzschalter 2 löst entsprechend aus.

Die Verwendung von insgesamt drei Kurzschlusseinrich­ tungen 19a . . . 19c erhöht die Redundanz. Es wäre auch möglich anstelle von drei Kurzschlusseinrichtungen 19a . . . 19c ledig­ lich eine zu verwenden, um beim Auftreten eines Erdschlus­ ses den dreiphasigen Leitungsschutzschalter 1 auszulösen. Allerdings würde diese Schaltung versagen, wenn zufälliger­ weise diejenige Phasenleitung wegen einer Störung span­ nungsfrei ist, mit der die Kurzschlusseinrichtung im Sinnes des Auslösens des Leitungsschutzschalters 1 zusammenwirken soll.

Eine Fehlerstromschutzeinrichtung enthält eine Differenzstrommesseinrichtung, um auf den durch ihn hin­ durchführenden Stromleitungen eine eventuelle Stromdiffe­ renz zu ermitteln, die ein Indiz für einen Erdschluss eines angeschlossenen Verbrauchers ist. Wenn eine derartige Si­ tuation auftritt, wird eine in der Fehlerstromschutzein­ richtung enthaltene Kurzschlusseinrichtung getriggert, die eine oder mehrere Phasen über einen Strombegrenzungswider­ stand mit einander kurzschließt. Dadurch werden Leitungs­ schutzeinrichtungen, die in der Netzzuleitung zu der Feh­ lerstromschutzeinrichtung liegen, ausgelöst und schalten die Netzspannung weg.

Die magnetische Auslösung der mechanischen Schalter­ kontakte erfolgt unter zu Hilfenahme eines Stromes der deutlich über den Nennstrom der Anordnung bzw. Leitungs­ schutzschalters liegt.

Claims (16)

1. Fehlerstromschutzeinrichtung (2)
mit Eingangsanschlüssen (3, 4), über die die Fehler­ stromschutzeinrichtung (2) an ein Stromnetz anschließbar ist,
mit Ausgangsanschlüssen (7, 8), an die ein Verbraucher an die Fehlerstromschutzeinrichtung (2) anschließbar ist,
mit Verbindungsleitungen (5, 6), von denen je eine ei­ nen zugehörigen Eingangsanschluss (3, 4) mit einem zugehöri­ gen Ausgangsanschluss (5, 6) verbindet,
mit einer Stromdifferenzmesseinrichtung (9), die im Betrieb den Strom in den Verbindungsleitungen (5, 6) erfasst und miteinander vergleicht und die wenigstens ein Ausgangs­ signal abgibt, wenn eine Stromdifferenz in den Verbindungs­ leitungen (5, 6) auftritt,
mit einer steuerbaren Kurzschlusseinrichtung (19), die aus wenigsten einen hochohmigen in einen niederohmigen Zu­ stand umschaltbar ist, die wenigstens einen Signaleingang (23), der an die Stromdifferenzmesseinrichtung (9) ange­ schlossen ist, und wenigstens zwei Ausgangsanschlüsse auf­ weist, von denen jeder mit einem der Ein- oder Ausgangs­ anschlüsse (3, 4; 7, 8) der Fehlerstromschutzeinrichtung (2) verbunden ist, derart, dass bei einem Signal an dem wenigs­ ten einen Signaleingang (23) die Kurzschlusseinrichtung (19) von ihrem hochohmigen Zustand zwischen den wenigsten zwei Ausgangsanschlüssen in den niederohmigen Zustand zwi­ schen den wenigstens zwei Ausgangsanschlüssen wechselt.

2. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je Stromphase eine Kurz­ schlusseinrichtung (19) vorgesehen ist.

3. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdifferenzmesseinrich­ tung (9) einen Summenstromwandler (11) enthält, dessen Pri­ märwicklung oder Primärwicklungen (14, 15) von der oder den Verbindungsleitungen (5, 6) gebildet ist bzw. sind, die die Eingangsanschlüsse (3, 4) mit den Ausgangsanschlüssen (7, 8) verbinden.

4. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Summenstromwandler (11) wenigstens eine Sekundärwicklung (16) trägt, die ein Aus­ gangssignal für die Kurzschlusseinrichtung (19) abgibt.

5. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Summenstromwandler (11) je Stromphase eine Sekundärwicklung (16) enthält.

6. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusseinrichtung (19) wenigstens einen steuerbares Schaltglied (22) enthält, dessen Steuereingang (23) an die Stromdifferenzmesseinrich­ tung (9) angeschlossen ist.

7. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Schaltglied (22) selbsthaltend ist oder mit einer Selbsthalteschaltung versehen ist.

8. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Schaltglied (22) ein Halbleiter ist.

9. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter (22) ein Triac ist.

10. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusseinrichtung (19) eine Strombegrenzungseinrichtung (21) enthält.

11. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungseinrich­ tung (21) ein linearer Widerstand ist.

12. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungseinrich­ tung (21) ein nichtlinearer Widerstand ist.

13. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, mit einem eine magnetische Auslöseinrichtung (35) enthaltenden Leitungsschutzschalter (1) in Serie geschaltet zu werden, und dass der Kurzschlussstrom der Kurzschlusseinrichtung (19) auf einen Wert eingestellt ist, der bei Nennspannung über dem Wert des Auslösestroms der magnetischen Auslöse­ einrichtung (35) liegt.

14. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussstrom nicht mehr als 50% vorzugsweise nicht mehr als 20% über dem Aus­ lösewert liegt.

15. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusammen mit dem Leitungs­ schutzschalter (1) in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut ist.

16. Fehlerstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss für einen Schutzleiter aufweist, und dass der Strom auf einer Verbindungsleitung zwischen diesen beiden Anschlüssen von der Stromdifferenzmessein­ richtung (9) nicht erfasst wird.