ELECTRICAL INSTALLATION SYSTEM WITH OVERVOLTAGE PROTECTION

Abstract: 1. Electrical installation system for supplying consumers (1), in particular with electronic components, from a network, which, if the case arises, are protected by earth-leakage circuit breakers (3) and which are protected against overvoltage by surge arresters (2) to earth potential in a secondary branch in respect of the consumers (1), wherein the surge arresters (2) are themselves protected by an arrangement and the surge arresters (2) of one group are connected electrically on the earth side for the outer conductors (L1, L2, L3) and the neutral conductors (N), associated therewith, and are connected to earth by an earth conductor (8), characterised in that the earth conductor (8) is led through an annular core (9) of magnetically conductive material, in that a secondary winding of the annular core is connected to a release (10), which is actively connected to a breaker mechanism (11), which is actively connected at least to a breaker gap (12) in the earth conductor (8), possibly also to a breaker gap (13) in an indicator circuit (14) wherein the annular core (9) is constructed or such a material that, in connection with the release (10) it allows impulse currents through without release and in that the release occurs with time-delay.

Description: Elektrische Installationsanlage mit Qberspannungsschutz Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Installationsanlage zur Speisung von Verbrauchern, insbesondere mit elektronischen Bauteilen, aus einem Netz, im einzelnen nach Oberbegriff des Patentanspruches 1. Danach können neben flberspannungsableitern auch Fehlerstromschutzschalter zum Schutz der Verbraucher bzw. der Bedienungspersonen und zum Schutz der Anlage eingesetzt werden. Uberspannungen, hervorgerufen durch Gewitter oder Schaltvorgänge, können elektrische Niederspannungsanlagen schädigen, indem sie Isolationen zerstören, gegebenenfalls vorhandene Fehlerstromschutzschalter zum unerwünschten Auslösen bringen oder indem sie elektronische Bauteile in Verbrauchergeräten schädigen. Solche Bauteile werden bereits durch die Auswirkung entfernter Blitzeinschläge beeinflusst oder zerstört. Uberspannungsableiter können Funkenstrecken, temperaturabhängige Halbleiterelemente wie Kaltleiter bzw. Varistoren sein. Sie können selbst schadhaft werden und Dauerströme bis zu Kurzschlussströmen durchlassen. Wenn ein Uberspannungsableiter schadhaft geworden ist, belastet er durch die Dauerströme die Installationsanlage und kann diese schädigen bzw. zu Brandgefahr führen. Es ist daher erforderlich, den Oberspannungsableiter selbst bei Defekten zu sichern. Es ist bekannt, Uberspannungsableiter durch Fehlerstromschutzschalter zu sichern, indem die Fehlerstromschutzschalter nicht nur die Installationsanlage bzw. die Bedienungspersonen schützen, sondern auch zugleich bei defekten Überspannungsableitern abschalten. Hierzu ist in einem Hauptzweig zwischen Netz und Verbraucher ein Fehlerstromschutzschalter netzseitig vor flberspannungs- ableitern angeordnet ist, die in einem Nebenzweig gegen Erde ableiten (DE-PS 30 29 453). Die bekannte Geräteanordnung, die aus Fehlerstromschutzschalter und Uberspan- nungsableitern besteht, weist einen Fehlerstromschutzschalter auf, der funktionell auf die Oberspannungsableiter abgestimmt ist. Bei abzuleitenden Stossströmen von mindestens 5 kA bei einem Stossimpuls 8/20 tjs löst er nicht aus. Ausserdem löst er erst bei länger als 10 ms anstehenden Belastungen, bezogen auf 50 Hz Netzfrequenz, aus. Unnötiges Auslösen eines Fehlerstromschutzschalters könnte nämlich sonst zu Unannehmlichkeiten oder auch zu Schäden führen, beispielsweise durch verdorbene Waren in Gefriergeräten. Bei einem schadhaft gewordenen Uberspan- nungsableiter soll der vorgeschaltete Fehlerstromschutzschalter andererseits die Oberspannungsableiter und die Verbraucher vom Netz abschalten. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es günstiger ist, den Fehlerstromschutz und den Uberspannungs- schutz eindeutig zu trennen, so dass die Installationsanlage bei defekten flberspannungsableitern weiterhin in Betrieb bleiben kann und gegebenenfalls unter dem Schutz von Fehlerstromschutzschaltern steht. Es sind dann keine Kompromisse bei der Empfindlichkeit des Fehlerstromschutzschalters einzugehen, um ihn ausreichend stossstromfest zu entwickeln, so dass bei Oberspannungen, die von den Oberspannungsableitern gegen Erde abgeleitet werden, nicht unerwünscht auslöst. Überspannungsschutz wird bisher in der Regel hauptsächlich durch Einsatz von Sberspannungsableitern im Netz der Energieversorgungsunternehmen zu lösen versucht. Verbraucher mit elektronischen Bauteilen können so jedoch nicht ausreichend geschützt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Installationsanlage zur Speisung von Verbrauchern zu entwickeln, die den unabhängigen Einsatz von Uber- spannungsableitern und Fehlerstromschutzschaltern gestattet und die Uberspannungsableiter bei Defekten wirkungsvoll und universell einsatzfähig sichert. Die Lösung der geschilderten Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, dass die Uberspannungsableiter einer Gruppe, für die Aussenleiter und den zugeordneten Neutralleiter, erdseitig elektrisch verbunden sind und dass von der Verbindungsleitung eine Erdungsleitung durch einen Ringkern aus magnetisch leitendem Material hindurch an Erde angeschlossen ist, dass eine Sekundärwindung des Ringkerns mit einem Auslöser verbunden ist, der mit einem Schaltschloss in Eingriffverbindung steht, das zumindest mit einer Schaltstrecke im Erdungsleiter in Eingriffverbindung steht, gegebenenfalls auch mit einer Schaltstrecke in einer Meldeleitung, wobei der Ringkern in Verbindung mit dem Auslöser stossstromfest ausgewählt ist. Oberspannungsableiter und gegebenenfalls einzusetzende Fehlerstromschutzschalter können dabei jeder für sich optimal für Verbraucher und Installationsanlage ausgebildet bzw. ausgewählt werden. So kann ein Fehlerstromschutzschalter in gewünschter Weise empfindlich sein und man kann sein Ansprechverhalten günstig wählen, da er Uberströme nicht zu den Oberspannungsableitern durch zulassen braucht. Die gegensätzlichen Anforderungen unter den Kriterien Stossfestigkeit und Empfindlichkeit braucht man so nicht unter Preisgabe von anderen Vorteilen miteinander verträglich zu machen. Der Nebenzweig mit den Uberspannungsableitern kann grundsätzlich vor oder nach einem Zähler der Hausinstallation angeschlossen werden. Einem Fehlerstromschutzschalter können auch weitere Fehlerstromschutzschalter in den einzelnen Verbraucherzweigen nachgeordnet werden, wobei die üblichen Auswahlbedingungen unter dem Blickwinkel der Selektivität berücksichtigt werden können. Die Verbraucher kann man auch zusätzlich durch Leitungsschutzschalter oder Sicherungen in gewohnter Weise weiter schützen. Bei der Installationsanlage nach der Erfindung eignen sich Uberspannungsableiter, die im wesentlichen aus spannungsabhängigen Widerstandselementen bestehen. Sie können auch als Entladungsstreckeneinrichtung ausgebildet sein. Bei Uberspannungsableitern, die als Entladungsstreckeneinrichtung ausgebildet sind, kann ein spannungsabhängiges Widerstandselement in Reihe geschaltet werden, um bei einem schadhaften Uberspannungsableiter einen Spannungsfall aufzubauen und den Strom zu begrenzen und einen weiteren Schutz zu bieten. Die Einrichtung zur Sicherung der Uberspannungsableiter kann dann in Anlehnung an die Erfahrungen bei stossstromfesten Fehlerstromschutzschaltern, die zeitverzögert auslösen, noch unempfindlicher gehalten werden. Einer Entladungsstreckeneinrichtung kann auch ein spannungsabhängiges Widerstandselement parallelgeschaltet werden, um eine Grob- und Feinabstimmung zu erzielen, indem der Uberspannungsableiter grobe Uberspannungen und Stromstösse ableitet und das parallel angeordnete spannungsabhängige Widerstandselemente bei länger anstehenden geringeren Störungen anspricht. Die Schutzeinrichtung zur Sicherung der Uberspannungsableiter bei Defekten kann auch als elektronische Einrichtung ausgebildet sein, indem zwischen Sekundärwindung und Auslöser eine Verstärkereinrichtung eingeschaltet ist, deren Versorgungsleitungen zwischen einem Aussenleiter und dem Neutralleiter netzseitig vor den zugeordneten Uberspannungsableitern angeschlossen sind. Die Erfindung soll nun anhand von in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In Fig. 1 ist eine Installationsanlage mit Uberspannungsableitern und weiteren Schutzeinrichtungen veranschaulicht. In Fig. 2 ist eine Schutzeinrichtung zum Sichern der netzseitig vorgeschalteten Uberspannungsableiter bei Defekten zusammen mit den Uberspannungsableitern wiedergegeben, also als Uberspannungsschutzgerät ausgebildet. In Fig. 3 ist veranschaulicht, wie das Uberspannungs- schutzgerät nach Fig. 2 hinter oder vor einem Hausinstallationszähler angeschlossen werden kann. In Fig. 4 ist eine Einrichtung aus Uberspannungsableitern dargestellt, die jeweils aus einer Entladungsstreckeneinrichtung und einem in Reihe geschalteten spannungsabhängigen Widerstandselement, z. B. einem Varistor, bestehen. In Fig. 5 ist eine Einrichtung aus Uberspannungsableitern wiedergegeben, bei der jeweils einer Entladungsstreckeneinrichtung ein spannungsabhängiges Widerstandselement parallelgeschaltet ist. In Fig. 6 ist ein Uberspannungsschutzgerät wiedergegeben, das mit einem elektronischen Verstärker arbeitet. Die elektrische Installationsanlage nach Fig. 1 zur Speisung von Verbrauchern 1 aus einem Netz ist durch Uberspannungsableiter 2 geschützt. Das Netz ist mit den Aussenleitern L1, L2 und L3 sowie dem Neutralleiter N veranschaulicht. Die Verbraucher können durch Fehlerstromschutzschalter 3 geschützt sein. Uberspannungsableiter 2 sind hinsichtlich Netz und Verbraucher in einem Nebenzweig angeordnet und leiten Uberspannungen nach Erdpotential ab. Die Uberspannungsableiter 2 sind dabei selbst durch eine Einrichtung 4 zur Sicherung der Uberspannungsableiter bei Defekten gesichert. Im Fehlerstromschutzschalter 3 können üblicherweise weitere Fehlerstromschutzschalter 5 und/oder Leitungsschutzschalter nachgeschaltet sein. Die Einrichtung 4 zur Sicherung der Uberspannungsableiter 2 kann nach Fig. 2 zu einem einheitlichen Gerät, einem Uberspannungsschutzgerät 6 zusammengebaut sein. Die Uberspannungsableiter 2 einer Gruppe, für die Aussenleiter L1 bis L3 und den zugeordneten Neutral leiter N sind danach erdseitig elektrisch verbunden. Von der Verbindungsleitung 7 ist eine Erdungsleitung 8 durch einen Ringkern 9 aus magnetisch leitendem Material hindurch an Erde angeschlossen. Der Ringkern 9 ist in Verbindung mit einem im Sekundärkreis angeordneten Auslöser 10 stossstromfest und somit auch zeitverzögert ausgebildet. Der Auslöser 10 steht mit einem Schaltschloss 11 in Eingriffverbindung, das zumindest mit einer Schaltstrecke 12 im Erdungsleiter 8 in Eingriffverbindung steht. Im Ausführungsbeispiel steht das Schaltschloss auch mit einer Schaltstrecke 13 in einer Meldeleitung 14 in Verbindung. Die Uberspannungsableiter 2 bestehen im Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus spannungsabhängigen Widerstandselementen. In der schematischen Darstellung nach Fig. 3 ist ein Hausanschluss 15, beispielsweise mit Hausanschlusssicherung veranschaulicht. Ihm ist nachgeschaltet ein Instal lationszähler 26 hinter dem oder vor dem - gestrichelte Linie - in einem Nebenzweig eine berspannungsschutzein- richtung angeschlossen ist. Fehlerstromschutzschalter 3 und Leitungsschutzschalter 23 sind vor den Verbrauchern 1 eingeschaltet. Die Einrichtung aus Uberspannungsableitern 2 besteht nach Fig. 4 aus Entladungsstreckeneinrichtungen 16 und spannungsabhängigen Widerstandselementen 17, bzw. Varistoren, in Reihenschaltung. Die Einrichtung aus Uberspannungsableitern 2 nach Fig. 5 besteht aus Entladungsstrecken 16 und spannungsabhängigen Widerstandselementen 17 in Parallelschaltung. Die Uberspannungsschutzeinrichtung nach Fig. 6 ist als Dberspannungsschutzgerät 6 ausgebildet und arbeitet mit einer elektronischen Verstärkung, ist aber im übrigen entsprechend dem Gerät nach Fig. 2 aufgebaut. Die Uberspannungsableiter 2 sind erdseitig wieder elektrisch verbunden. Von der Verbindungsleitung 7 ist eine Erdungsleitung 8 zur Anschlussklemme für Erdpotential durch einen Ringkern 9 hindurchgeführt. Eine Sekundärwindung ist mit einem Auslöser 10 verbunden, wobei ein Verstärker 18 zwischengeschaltet ist. Die Versorgungsleitungen 19 und 20 sind zwischen einem Aussenleiter L1 und dem Neutralleiter N netzseitig vor den zugeordneten Uberspannungs- ableiter 2 angeschlossen. Die Uberspannungsschutzgeräte 6 nach Fig. 2 und nach Fig. 6 weisen eine Prüfeinrichtung 21 auf. Sie besteht im wesentlichen aus einer Verbindungsleitung 22 von einem Aussenleiter durch den Ringkern 9 hindurch, einem Begrenzungswiderstand 24 und einer Prüftaste 25. Sie ist andererseits mit dem Neutralleiter N verbunden. Die Überspannungsschutzeinrichtung nach Fig. 2 oder nach Fig. 6 arbeitet wie folgt: Überspannungen, wie sie bei Gewittereinschlägen und Schaltvorgängen auftreten, werden von den Anschlussklemmen für die Aussenleiter L1 bis L3 und für die Neutralleiter N zur Anschlussklemme PE zur Erde abgeleitet. Der Ringkern 9 ist in an sich bekannter Weise aus einem solchen Material ausgebildet, dass er in Verbindung mit dem Auslöser 10 Stossströme ohne auszulösen durchlässt und dass die Auslösung ohnehin erst zeitverzögert erfolgt, wie es auch bei der eingangs geschilderten bekannten Geräteanordnung der Fall ist. Bei einem schadhaft gewordenen Überspannungsableiter 2 führt der mehr oder weniger starke Kurzschlussstrom zur Erde dazu, dass sich im Ringkern 9 über längere Zeit ein Magnetfeld aufbaut, das in der Sekundärwindung eine Spannung indu inert, die den Auslöser 10 zum Auslösen bringt. Hierdurch wird das Schaltschloss 11 entklinkt und die Schaltstrecke 12 und im Ausführungsbeispiel auch die Schaltstrecke 13 in der Meldeleitung 14 geöffnet. Die Uberspannungsableiter 2 sind dadurch von Erde getrennt, so dass kein weiterer Dauerstrom fliessen kann. Eine mit dieser Einrichtung versehene Installationsanlage arbeitet dann wie eine Anlage ohne Überspannungsschutz, jedoch ohne irgendwelche Störungen in der übrigen Anlage. Zur zusätzlichen Sicherung kann einem spannungs abhängigen Widerstandselement in einem Dberspannungsableiter auch eine Schmelzsicherung in Reihe geschaltet werden. Wenn man die Prüfeinrichtung 21 anhand der Prüftaste 25 in Betrieb setzt, wird bei einer intakten Dberspannungsschutzeinrichtung bzw. einem Uberspannungsschutzgerät 6 über die Leitung 22 vom Aussenleiter L1 ein Strom durch den Ringkern 9 hindurch zum Neutralleiter N geführt. Dieser Strom, der länger als die Verzögerungszeit ansteht, führt über das im Ringkern 9 sich aufbauende Magnetfeld zum Ansprechen des Auslösers 10. Eine Bedienungsperson erkennt dann am Abschalten der Uberspannungsschutzein- richtung, dass die Anlage intakt ist. Nachdem sie wieder eingeschaltet ist, ist die Schutzeinrichtung betriebsbereit. 7 Patentansprüche 6 Figuren li ffi Liste der Bezugszeichen 1 Verbraucher 2 Uberspannungsableiter 3 Fehlerstromschutzschalter 4 Einrichtung zur Sicherung der Uberspannungsableiter bei Defekten 5 Weitere, nachgeschaltete, Fehlerstromschutzschalter oder Leitungsschutzschalter 6 Uberspannungsschutzgerät 7 Verbindungsleitung 8 Erdungsleitung 9 Ringkern 10 Auslöser 11 Schaltschloss 12 Schaltstrecke 13 Schaltstrecke in einer Meldeleitung 14 14 Meldeleitung 15 Hausanschluss 1 6 Entladungsstreckeneinrichtung 1 7 Spannungsabhängiges Widerstandselement 18 Verstärker 19 Versorgungsleitung 20 Versorgungsleitung 21 Prüfeinrichtung 22 Verbindungsleitung 23 Leitungsschutzschalter 24 Begrenzungswiderstand 25 Prüftaste 26 Installationszähler

Claims: Patentansprüche 1. Elektrische Installationsanlage zur Speisung von Verbrauchern (1), insbesondere mit elektronischen Bauteilen, aus einem Netz, die gegebenenfalls durch Fehlerstromschutzschalter (3) geschützt sind und die durch Uberspannungsableiter (2) zu Erdpotential in einem Nebenzweig hinsichtlich der Verbraucher (1) gegen Uberspannung gesichert sind, wobei die Uberspannungsableiter (2) selbst durch eine Einrichtung (4) gesichert sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Uberspannungsableiter (2) einer Gruppe, für die Aussenleiter (L1, L2, L3) und den zugeordneten Neutralleiter (N), erdseitig elektrisch verbunden sind und dass von der Verbindungsleitung (7) eine Erdungsleitung (8) durch einen Ringkern (9) aus magnetisch leitendem Material hindurch an Erde angeschlossen ist, dass eine Sekundärwindung des Ringkerns mit einem Auslöser (10) verbunden ist, der mit einem Schaltschloss (11) in Eingriffverbindung steht, das zumindest mit einer Schaltstrecke (12) im Erdungsleiter (8) in Eingriffverbindung steht, gegebenenfalls auch mit einer Schaltstrecke (13) in einer Meldeleitung (14), wobei der Ringkern (9) in Verbindung mit dem Auslöser stossstromfest ausgewählt ist. 2. Installationsanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Überspannungsableiter (2) im wesentlichen aus spannungsabhängigen Widerstandselementen bestehen. 3. Installationsanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Uberspannungsableiter (2) im wesentlichen aus einer Entladungsstreckeneinrichtung (16) bestehen. 4. Installationsanlage nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Entladungsstreckeneinrichtung (16) ein spannungsabhängiges Widerstandselement (17) in Reihe geschaltet ist. 5. Installationsanlage nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dem spannungsabhängigen Widerstandselement eine Schmelzsicherung in Reihe geschaltet ist. 6. Installationsanlage nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Entladungsstreckeneinrichtung (16) ein spannungsabhängiges Widerstandselement (17) parallelgeschaltet ist. 7. Installationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen Sekundärwindung und Auslöser ein Verstärker (18) eingeschaltet ist, dessen Verbindungsleitungen (19, 20) zwischen einem Aussenleiter (L1) und dem Neutralleiter (N) netzseitig vor den zugeordneten Überspannungsableitern (2) angeschlossen sind.

Inventors: SOLLEDER, REINHARD, STICH, KARL-HEINZ
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: H02H7
IPC codes: H02H3, H02H9