DE2540815C2

DE2540815C2 - Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung

Info

Publication number: DE2540815C2
Application number: DE19752540815
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(Grad.) 8400 Regensburg Roesch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-12
Filing date: 1975-09-12
Publication date: 1978-10-19
Also published as: DE2540815B1; GB1546455A; FR2324112A1; GR60576B; CH607316A5; JPS5235846A; FR2324112B1; DE2540815A1; JPS6051329B2; ATA536276A; ES451396A1; AT352208B; IT1072764B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung. der /wischen der Sekundärwicklung des Summenstromwandler und der Auslösewickliing des Auslösers eine Energiespeicherschallung mit Lade- und Entladestromkreis eines Speicherkondensators aufweist. Solche Fehlerstromschutzschalter sind bekannt (DE-AS 1057 683. ATPS 05 574).

Fchlcrsiromschut/schaltcr mit Impulsauslösung speichern die vom Summenstromwandler sekundärseitig abgegebene Energie in einem .Speicherkondensator und zünden bei einem vorgegebenen Wert ein Ventil. wie beispielsweise ein Thyratron oder einen Thyristor. Der Speicherkondcnsator entlädt dann die aufgespeicherte Energie über das Ventil und den hierzu in Reihe liegenden Auslöser, so daß dieser anspricht und den Schaller auslöst.

Solche Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung weisen im Vergleich mit direkt auslösenden FeIilcrströmschuizschaltern, bei denen die Sekundärwicklung des Summenstromwandler direkt mit dem Auslöser verbunden ist (AT-PS 1 97 467), den Vorteil suf, daß wegen der Energiespeicherung ohne Vergrößerung der Abmessungen schon bei niedrigeren Fchlerslrömen,

z. B. im Bereich von 10 mA, der Schalter auslösen kann. Eine Auslösung bei so niedrigen Werten entspricht neueren Forderungen.

Bei Fehlerstromschutzschaltern mit Impulsauslösung ist es jedoch nachteilig, daß sie verhältnismäßig lange Auslösezeiten aufweisen. Selbst bei großen Fehlersirömen muß nämlich zuerst der Speicherkondensator aufgeladen werden, bevor ein Ventil, beispielsweise ein Halbleiierventil. leitend, gesteuert werden kann. Solche

ίο Fehlerstromschutzschalter weisen selbst bei großen Fehlcrströmen noch Auslösezeiten auf, die 50 ms nicht unterschreiten und entsprechen somit nicht mehr den Sicherheitsbedingungen. Auch solche Zeiten erzielt man nur unter Anwendung von besonderen llilfsmaß-

'5 nahmen. So wird beispielsweise dauernd ein künstlicher Fehlerstrom erzeugt, der unter der Ansprechgren/e des Schutzschalters liegt. Der Summenstromwandler wird hierdurch vorerregt und der .Speicherkondensator bereits bis zu gewissem Grade aufgeladen (AT-PS

^M 2 05 574).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung zu entwickeln, der bei großen Fehlerslrömen nach kürzeren Aiislösezeiten. als es bisher bei solchen Schaltern möglieh war. auslöst.

Die Lösung der geschilderten Autgabe besteht darin, daß die Auslösewicklung in der Richtung, in der sie bei Stromfluß den Auslöser zum Ansprechen» bringt, sowohl in den Entlade- als auch in den Lades'* Stromkreis des Speicherkondensators geschaltet ist. Hierdurch vereinigt man die Ansprechempfindlichkeit von Fehlerstromschutzschaltern mil Impulsauslösung bei kleinen Fehlerströmen mit den kurzen Auslöse/eilen bei Auftreten eines größeren Fehlcrstromes, wie sie bei direkter Auslösung bereits ermöglicht wurden. Dieser Fehlerstromschutzschalter kann also einerseits bei niedrigen Fehlerslrömen in der Größenordnung von 10 mA ansprechen und erreicht bei größeren Fehlerslrömen von z. B. 500 mA kurze Auslöse/eilen in der Größenordnung von 20 ms. Solche kurzen Aiislösezeiten sind bei großen Fehlerslrömen durch direkt auslösende Fehlerstromschutzschalter bereits erzielt worden. Der Fehlerstromschutzschalter nach der Erfindung läßi sich wegen der Fnergiespei chcrung jedoch kleiner als die direkt auslösenden Schutzschalter bauen. Ik'i direkter Auslösung crfolgi diese in ein bis zwei llalbwellen Die durch den Wand ler zu übertragende Leistung zur Er/.iclung ausreichender Aiislöseencrgie in kurzer /eil muß daher groß sein.

Das heißt: bei kleinen Strömen benötigt man daher einen großen Wandler. Bei Energiespeicherung kann der Wandler deshalb kleiner sein, da über mehrere llalbwellen. also eine längere /eil, die Energie gespeichert, also bis zum Auslosrmoment aufaddiert wird. Ls genügt daher ein kleiner Wandler mit kleiner Leistungsübertragung. Bei großen Strömen übertrügt an dercrseils auch tier kleine Wandler ausreichend Liier gie zur direkten Auslosung.

Bei einer bekannten Vorrichtung zum Schutz gegen

^° Erdschlußströme in elektrischen Speisekreisen (DE-OS 15 13 295) mil Energiespeicherschaltung liegt der Auslöser zwar sowohl im Entlade- als auch im Ladestromkreis. Der Ladestrom wird jedoch in einer solchen Rieh' tung durch die Auslösewicklung geführt, daß die An*

ziehurigskraft des beweglichen Spulenkörpers des Aus* lösers vergrößert wird, so daß der Auslöser in Ruhelage verbleiben muß. Der Auslöser kann also bei Fehlerströmen, die zusätzlich während der Aufladephase

auftreten nicht betätigt werden und daher nicht auslösen, so daß die gefährdete Anlage während des Aufladevorgangs nicht abgeschaltet wird. Der Fehlerstromschutzschalter nach der Erfindung ist jedoch in der Lage, sowohl während des Entladens als auch während des Ladens der Speicherschaltung auszulösen.

Die Auslösewicklung kann zwischen den Speicherkondensator und einen Verzweigungspunkt zur Energiespeicherschultung und Sekundärwicklung geschaltet sein. Summenstromwandler und Speicherkondensator können besonders klein gehalten werden, wenn als Auslöser ein nach Art eines Haltemagneten arbeitendes Relais verwandt wird. Bei Verwendung eines als Haltemagneten ausgebildeten polarisierter. Auslösers ist dafür zu sorgen, daß sowohl der Lade als auch der '5 Entladestrom des Speicherkondensators die Auslösewicklung. in derselben Richtung durchfließt. Dies läßt sich erzielen, indem die Auslösewicklung in der einen Brückendiagonale einer Brückenschaltung aus Gleichrichtern angeordnet ist, die mit ihrer anderen Diagonaien zwischen Speicherkondensator und Ver/weigungspunkt geschaltet ist.

Die Auslösewicklung läßt sich auch aus z'vei Wicklungen aufbauen, die jeweils in einem Zweig einer antiparallelen Gleichrichterschaltung angeordnet sind. Man ²S kann auch eine Wicklung im Ladestromkreis zwischen einem Verzweigungspunkt zur Energiespeicherschaltung und der Sekundärwicklung anordnen und die andere Wicklung in den Entladcstromkreis der Energiespeicherschaltung einschalten.

Die Erfindung soll an Hand von in der Zeichnung vereinfacht wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In

F i g. 1 ist der wesentliche Aufbau des Fehlerstromschutzschalters dargestellt; in

F i g. 2 ist eine Detailschaltung lur die Auslösewicklung eines Haltemagneten wiedergegeben, die man sich in F i g. 1 eingesetzt vorstellen kann; in

F i g. 3 ist eine weitere Detailschaltung nach Art der F i g. 2 dargestellt; in

Fig.4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fehlerstromschut/schalters nach Art der Darsiellung von F i g. 1 wiedergegeben; in

F i g. 5 ist ein Arbeitsdiagramm dargestellt.

Der Fehlerstromschutzschalter nach F i g. 1 weist zwischen einer Sekundärwicklung i eines Summenstromwandler 2 und einer Auslösewicklung 3 des Ai¹S-lösers eine Energiespcicherschaltung 4 mit einem Speicherkondensator 5 auf. Primärwicklungen für Phase und Nulleiter des Summenstromwandler;) sind mit 6 bzw. 7 bezeichnet. F.in Gleichrichter für den Speicherkondensator 5 ist mit 8 bezeichnet. Der Ladekreis des Speicherkondensators 5 wird durch die Sekundärwicklung 1, den Gleichrichter 8 und die Auslösewicklung 3 gebildet. Im Kntladestromkreis des Spcicherkonden&ators 5 liegt ein Ventil 9 und die Auslösewicklung 3. Das Ventil 9 ist bei geladenem Speicherkondensator 5 leitend gesteuert.

Die Energiespeicherschaltung 4 weist im Ausführungsbeispicl mit der dargestellten Schaltung außer^6o dem Speicherkondensatör 5 und dem Ventil 9 noch einen Hilfskondensator 10 und Widerstände 11 und 12 auf. Der Hilfskondensator 10 und die Widerstände 11 und 12 sorgen in bekannter Weise dafür, daß das Ventil 9 dann leitend gesteuert wird, wenn der Speicherkondensator 5 ausreichend aufgeladen ist. Mit 13,14 und 15 sind bestimmte Verzweigungspunkte der Schaltung bezeichnet.

Die Auslösewicklung 3 nach F i g. 1 kann man sich einem gewöhnlichen Klappankerrelais /ugeurdnet vorstellen. Bei kleinen Fehlerströmen reicht der Ladestrom des Speicherkondensators 5 nicht aus, den Auslöser zum Ansprechen zu bringen. Nachdem die vom Summenstromwandler 2 dem Speicherkondensator 5 zugeführte Energie einen Wert erreicht hat, daß das Ventil '9 leitend gesteuert wird, reicht der impulsartig über die Auslösewicklung 3 als Endladestrom fließende Strom aus, den Auslöser ansprechen zu lassen. Das Schaltschloß des Leitungssehuusehalters öffnet daher die Kontaklstücke. Bei ausreichend großen Fehlerströmen, beispielsweise in der Größenordnung des zehnfachen Nennfehlerstromes, genügt der im Ladestromkreis des Speicherkondensators 5 durch die Auslösewicklung 3 fließende Strom, um den Auslöser ansprechen zu lassen, noch bevor das Ventil 9 leitend gesteuert werden kann. Diese Auslösezeiten liegen bei Werten unterhalb 20 ms. Nach F i g. 1 wird dies dadurch erzielt, daß die Auslösewick! >g 3 zwischen den Speiclurrkundciisalur 5 und einen Vlt/ veigungspunkt 15 zu Energiespeicherschaltung 4 und Sekundärwicklung 1 geschaltet ist.

Um die Vorteile eines als Haltemagneten ausgebildeten polarisierten Auslösers nutzen zu können, ist lediglich dalür zu sorgen, daß der Lade- und Entladestrom des Spi.-icherkondensators 5 die Auslösewicklung 3 in derselben Richtung durchfließt. Hierzu eignet sich beispielsweise eine Schaltung nach F i g. 2. bei der die Auslöserwicklung 3 in der einen ßrückendiagonale ein.τ Brückerischaltung aus Gleichrichtern 16 angeordnet ist. Die Briickenschaltung liegt mit ihrer anderen Diagonale zwischen dem .Speicherkondensator 5 und dem Verzweigungspunkt 11

Bei Verwendung eine, als Haltemagneten ausgebildeten polarisierten Auslösers kann die Auslösewicklung 3 auch aus zwei Wicklungen 3,7 und 3b nach F i g. 3 bestehen. )eweils eine der Wicklungen ja und 3b ist danach in einem Zweig einer antiparallelen Gleichrichterschaltung mit Gleichrichtern 17 angeordnet Diese Schaltung kann man sich wieder in F i g. 1 an den Verzweigungspunkten 13. 14 und 15 eingesetzt denken. Die Wicklung 3.7 liegt im Entladcstromkreis und die Wicklung 3£>im Ladestromkreis.

Bei Verwendung eines als Haltcmagnctcn ausgebildeten polarisierten Auslösers mit einer Auslösewicklung auü zwei Wicklungen 3;) und 36 kann nach F ι g. 4 die Wicklung 36 zwischen dem Verzwcigungspunkt 13 und de- Sekundärwicklung 1 in den l.adesiromkreis und die andere Wicklung 3.7 in den Entladestromkreis der Encrgiespeicherschaltung 4 eingeschaltet sein. Dmse Energiespeicherschahung unterscheidet sich nur unwesentlich von der Energiespeicherschaltung 4 nach F i g. 1. In der Anordnung nach F i g. 4 wird die Wick lung 3b nur vom Ladestrom und die Wicklung 3,7 ι jr vom Entladestrom durchflossen.

In F ι g. 5 ist die Kennlinie des Fehlerstromschutzschalters veranschaulicht. Auf einer Abszisse 21 ist in logarithmischem Maßstab der F ehlerstrom in niA und auf einer Ordinate 22 in logarithmischem Mußstab die Zeit in ms aufgetragen. Eine Kurve 23 entspricht den strengslen heute gestellten Schutzforderungen (IEC-TC 64).

Eine Kurve 24 gibt das Auslöseverhalten des Fehlerstromschutzschalters nach der Erfindung wieder. Im oberen Zweig entspricht sie einer Kennlinie 25 guter Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung. Im unteren Kurvcnverlauf entspricht die Kurve 24 dem Aus-

löseverhalten bekannter guter, direkt auslösender Fehlerstromschutzschalter. Der Bereich zwischen Kurven 26 gibt das Auslöseverhallen direkt auslösender Fehlerstromschutzschalter für einen Auslösestrom Von 30 mA wieder.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung, der zwischen der Sekundärwicklung des Summen-Slromwandlers und der Auslösewicklung des Auslösers eine Energiespeicherschaltung mit Lade- und Entladestromkreis eines Speicherkondensators aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung (3) in der Richtung, in der sie bei Stromfluß den Auslöser zum Ansprechen bringt, sowohl in den Entlade- als auch in den Ladestromkreis des Speicherkondensators (5) geschaltet ist

2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung (3) zwischen den Speicherkondensator (5) und einen Verzweigiingspunkt (13, 15) zur Energiespeicherschaltung (4) und Sekundärwicklung (1) geschallet ist.

3. Fehlersuomschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewickiung (3) in der einen Brückendiagonale einer Brückenschaltung aus Gleichrichtern (16) angeordnet ist, die mit ihrer anderen Diagonalen zwischen Speicherkondensalor (5) und Verzweigungspunkt (15) geschaltet ist.

4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung (3) aus zwei Wicklungen (3a, 3O₇IbCStChI, die jeweils in einem Zweig einer antiparallclen Gleichrichlerschaltung angmrdnet sind (F i g. 3).

5. Fehlerstromschutzschalter· nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung (3) aus zwei Wicklungen (3;.', 3b) Hesleht. von denen eine Wicklung [3b) im Ladesiromkreis zwischen einem Verzweigungspunkt (13) zur Energiespeicherschaltung (4) und der Sekundärwicklung (1) angeordnet ist und die andere Wicklung (3//) in den F.ntladesiromkrcis der Energicspeicherschallung (4) eingeschaltet ist (F i g. 4).