DE102005034645B4

DE102005034645B4 - Fehlerstromschutzschalter für unterschiedliche Betriebsfrequenzen

Info

Publication number: DE102005034645B4
Application number: DE200510034645
Authority: DE
Inventors: Martin Durchholz; Jean-Mary Martel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: BRPI0602905A; DE102005034645A1

Abstract

Fehlerstromschutzschalter mit
– einem Summenstromwandler (3) zur Erzeugung eines Fehlersignals im Falle eines Fehlerstroms und
– einer Auslöseeinrichtung (6, 7, 8), die an eine Sekundärwicklung (2) des Summenstromwandlers (3) angeschlossen ist, zum Auslösen des Fehlerstromschutzschalters,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Sekundärwicklung (2) zwei Endabgriffe (4, 5) und einen Zwischenabgriff (1) aufweist, und
– die Auslöseeinrichtung (6, 7, 8) eine Schalteinrichtung (6) aufweist, so dass die Sekundärwicklung (2) entweder über die zwei Endabgriffe (4, 5) einerseits oder einen der Endabgriffe (5) und den Zwischenabgriff (1) andererseits an die Auslöseeinrichtung (6, 7, 8) schaltbar ist, wobei
– die Sekundärwicklung (2) bei dem Anschluss der Auslöseeinrichtung an die Endabgriffe (4, 5) für einen Betrieb des Fehlerstromschutzschalters bei einer ersten Frequenz und bei dem Anschluss an den einen Endabgriff (5) und den Zwischenabgriff (1) für einen Betrieb des Fehlerstromschutzschalters bei einer zweiten Frequenz ausgelegt ist, so dass...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler zum Erzeugen eines Fehlersignals im Falle eines Fehlerstroms und einer Auslöseeinrichtung, die an eine Sekundärwicklung des Summenstromwandlers angeschlossen ist, zum Auslösen des Fehlerstromschutzschalters.
Netzspannungsunabhängige Fehlerstromschutzschalter werden beispielsweise bei 50 Hz auf ihren Auslösestrom eingestellt und in 50 Hz-Netzen verwendet. Für den Kern der Summenstromwandler wurden bislang in der Regel kristalline Materialien verwendet, die nicht sehr frequenzabhängig sind. Damit war ein Betrieb der Fehlerstromschutzschalter auch in 60 Hz-Netzen ohne weitere Abänderungen möglich.
Der Wunsch nach kleineren und günstigeren Summenstromwandlern führte zu Kernen aus nanokristallinem Material. Dieses nanokristalline Material besitzt jedoch eine wesentlich stärkere Abhängigkeit von der Frequenz als kristallines Material. Insbesondere besitzt die Permeabilität von typischen hier verwendeten nanokristallinen Materialien ein engeres Frequenzmaximum als die Permeabilität bislang üblicher Ringbandkerne aus Ni-Fe-Legierungen. Damit wäre es für Fehlerstromschutzschalter mit nanokristallinen Ringbandkernen notwendig, für 50 Hz- und 60 Hz-Netze jeweils unterschiedliche Schaltertypen bereitzustellen. Die Anzahl der verwendeten Schaltertypen würde sich somit verdoppeln.

Aus der Druckschrift DE 43 17 270 A1 ist ein Feherstromschutzschalter für den Betrieb bei Frequenzen von 50 Hz oder 60 Hz bekannt. Mit der Sekundärwicklung eines Differenzialtransformators des Fehlerstromschutzschalters ist eine Schal tung mit kapazitivem Leistungsfaktor verbunden, um dem magnetischen Kreis zu ermöglichen, auf pulsierende Gleichspannungssignale anzusprechen. Es wird hier jedoch nicht auf eine unterschiedliche Gestaltung des Fehlerstromschutzschalters aufgrund der unterschiedlichen Frequenzen eingegangen.

Aus der Druckschrift US 6 025 980 A ist ebenfalls ein Fehlerstromschutzschalter für 50 Hz und 60 Hz bekannt. Dort wird eine Logikschaltung zur Bestimmung des Summenstroms verwendet, wodurch die Komplexheit des Geräts eher zunimmt.

Ferner befasst sich die den Oberbegriff bildende Druckschrift DE 31 06 960 A1 mit der Empfindlichkeit eines Fehlerstromschutzschalters. Mit Hilfe einer Hilfswindung und eines Widerstands wird im Prüfkreis ein ständig fließender Wechselstrom erzeugt, um die Ansprechschwelle in einem Fehlerfall zu reduzieren. Wird nun der Widerstand parallel zur Prüftaste geschaltet, führt dies dazu, dass ständig ein vom Widerstand abhängiger Fehlerstrom fließt.

Des Weiteren ist in der Druckschrift DE 69 05 628 U beschrieben, einen Stromwandler durch eine Sekundärwicklung mit einer oder mehreren Anzapfungen an verschiedene Primärströme anzupassen. Damit kann ein an den Stromwandler angeschlossener Strommesser trotz verändertem Primärstrom beibehalten werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Typenanzahl von Fehlerstromschutzschaltern für unterschiedliche Einsatzgebiete möglichst gering zu halten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1.

In vorteilhafter Weise besitzt somit ein Fehlerstromschutzschalter gemäß der vorliegenden Erfindung an der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers eine Anzapfung, durch die die Induktivität der Sekundärwicklung entsprechend dem Ein satz des Fehlerstromschutzschalters auf einfache Weise variierbar ist.

Vorzugsweise ist die Sekundärwicklung beim Anschluss an die Endabgriffe für einen 50 Hz-Betrieb und bei einem Anschluss an einen Endabgriff und den Zwischenabgriff für einen 60 Hz- Betrieb ausgelegt. Damit kann für beide Frequenzen ein Auslösen bei annähernd gleichem Auslösewert gewährleistet werden.

Der Kern des Summenstromwandlers besteht in vorteilhafter Weise aus einem nanokristallinen Material. Dieses Material besitzt – wie bereits erwähnt – eine höhere Permeabilität in den gewünschten Frequenzbereichen und lässt sich darüber hinaus günstiger herstellen.

Die Schalteinrichtung der Auslöseeinrichtung kann ein Sprungschaltwerk umfassen. Damit ist es möglich, einmalig einen Schaltvorgang auszulösen, so dass die Schaltstellung aus Sicherheitsgründen beibehalten bleibt.

Die Schalteinrichtung kann irreversibel von einem 50 Hz-Zustand in einen 60 Hz-Zustand oder umgekehrt schaltbar sein. Dadurch kann werkseitig eine Standardfrequenz vorgegeben werden, die zum Einbau in ein Netz anderer Frequenzen einmalig umschaltbar ist.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters darstellt.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, dass Wandler bei 60 Hz eine niedrigere Sekundärwindungszahl als bei 50 Hz benötigen, um die erforderliche Auslösescheinleistung zu liefern. Ziel ist es, für beide Frequenzen den gleichen Auslösestrom zu erreichen. Daher wird entsprechend der vorliegenden Erfindung der in der FIG wiedergegebene Fehlerstromschutzschalter mit einer Anzapfung 1 an der Sekundärwindung 2 des Summenstromwandlers 3 gebaut. Die Anzapfung 1 liegt zwischen einem ersten Ende 4 und einem zweiten Ende 5 der Sekundärwicklung 2.
Der Zwischenabgriff bzw. die Anzapfung 1 und das erste Ende 4 der Sekundärwicklung 2 werden an zwei Kontakte eines Sprungschaltwerks 6 geführt. Dieses Sprungschaltwerk 6 ist als Schalter mit Raste ausgeführt. Die verbleibenden beiden Kontakte des Sprungschaltwerks 6 werden gebrückt und an einen Kontakt einer Flachbaugruppe 7, die die üblichen Komponenten eines Resonanzkreises aufweist, angeschlossen. Das zweite Ende 5 der Sekundärwicklung 2 wird an den zweiten Kontakt der Flachbaugruppe 7 angeschlossen. Die Flachbaugruppe 7 ihrerseits steuert einen Haltemagneten 8, der in üblicher Weise ein mechanisches Schaltwerk 9 betätigt. Dieses schaltet die Leiter L1, L2, L3 und N eines Dreiphasensystems, welches über entsprechende Primärwicklungen 10 ein Summenstromsignal in den Summenstromwandler 3 einkoppelt. Der in der FIG wiedergegebene Fehlerstromschutzschalter weist außerdem eine Prüftaste 11 einschließlich Prüfwiderstand 12 auf, so dass der Fehlerstromschutzschalter auch bei Nichtvorliegen eines Fehlerstroms zu Prüfzwecken auslösbar ist.
Zum Einstellen des Fehlerstromschutzschalters für einen 50 Hz-Betrieb kann das Sprungschaltwerk 6 in der Schalterstellung belassen werden, wenn dies fertigungsseitig so eingestellt ist. Ist es hingegen nötig, dass der Fehlerstromschutzschalter an einem 60 Hz-Netz betrieben werden soll, wird das Sprungschaltwerk 6 in die Stellung 60 Hz geschaltet, so dass die Windungszahl der Sekundärwicklung 2 reduziert ist. Falls das Sprungschaltwerk 6 nicht umgeschaltet werden würde, würden bei einem 60 Hz-Netz die Auslöseströme höher liegen als bei einem 50 Hz-Netz.
Grundsätzlich kann das Sprungschaltwerk 6 auch durch einen beliebigen anderen Schalter ersetzt werden. Darüber hinaus kann werksseitig auch die Schalterstellung 60 Hz vorgegeben sein, so dass das Umschalten, falls nötig, auf 50 Hz erfolgen muss. Da jedoch der Auslösestrom unmittelbar von dem Umschalten beeinflusst wird, sollte das Umschalten aus Sicherheitsgründen nur von einem Fachmann durchgeführt werden.
Die Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung 2 sowie die Position des Zwischenabgriffs bzw. der Anzapfung 1 richtet sich nach dem gewünschten Auslösestrom und den Betriebsfrequenzen sowie dem verwendeten Kernmaterial.
Mit dem erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschaler hat der Hersteller den Vorteil, dass nur ein Fehlerstromschutzschaltertyp für beide Netze (z. B. 50 Hz und 60 Hz) gebaut werden muss. Die Schalter sind damit universell einsetzbar. Durch das genauere Abstimmen auf die beiden Frequenzen unterliegen die Schalter keinen so großen Schwankungen beim Auslösestrom, wie dies bislang der Fall war. Da ferner der abstimmbare Fehlerstromschutzschalter mit einem Kern aus nanokristallinem Material hergestellt werden kann, lässt sich außerdem Wandlermaterial einsparen, da das nanokristalline Material gegenüber dem kristallinen Material eine höhere Permeabilität aufweist.

Claims

Fehlerstromschutzschalter mit – einem Summenstromwandler (3) zur Erzeugung eines Fehlersignals im Falle eines Fehlerstroms und – einer Auslöseeinrichtung (6, 7, 8), die an eine Sekundärwicklung (2) des Summenstromwandlers (3) angeschlossen ist, zum Auslösen des Fehlerstromschutzschalters, dadurch gekennzeichnet, dass – die Sekundärwicklung (2) zwei Endabgriffe (4, 5) und einen Zwischenabgriff (1) aufweist, und – die Auslöseeinrichtung (6, 7, 8) eine Schalteinrichtung (6) aufweist, so dass die Sekundärwicklung (2) entweder über die zwei Endabgriffe (4, 5) einerseits oder einen der Endabgriffe (5) und den Zwischenabgriff (1) andererseits an die Auslöseeinrichtung (6, 7, 8) schaltbar ist, wobei – die Sekundärwicklung (2) bei dem Anschluss der Auslöseeinrichtung an die Endabgriffe (4, 5) für einen Betrieb des Fehlerstromschutzschalters bei einer ersten Frequenz und bei dem Anschluss an den einen Endabgriff (5) und den Zwischenabgriff (1) für einen Betrieb des Fehlerstromschutzschalters bei einer zweiten Frequenz ausgelegt ist, so dass für beide Frequenzen ein Auslösen bei annähernd gleichem Auslösewert gewährleistet ist.
Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, wobei die erste Frequenz 50 Hz und die zweite Frequenz 60 Hz beträgt.
Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kern des Summenstromwandlers (3) aus einem nanokristallinen Material besteht.
Fehlerstromschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltereinrichtung (6) der Auslöseeinrichtung (6, 7, 8) ein Sprungschaltwerk umfasst.
Fehlerstromschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (6) irreversibel von einem 50 Hz-Zustand in einen 60 Hz-Zustand oder umgekehrt schaltbar ist.