DE3113292C2

DE3113292C2 - Fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: DE3113292C2
Application number: DE19813113292
Authority: DE
Inventors: Daniel Straßburg/Strasbourg Framery
Original assignee: D'etudes Et De Realisations De Disjoncteurs "serd" Strassburg/strasbourg Fr Ste; D'etudes Et De Realisations De Disjoncteurs "sERD" Strassburg/strasbourg Ste
Current assignee: D Etudes Et De Realisations De Disjoncteur Ste
Priority date: 1981-03-19
Filing date: 1981-04-02
Publication date: 1985-07-18
Also published as: FR2502393B1; DE3113292A1; FR2502393A1

Abstract

Ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklungen in den zu schaltenden Leitern liegen und an dessen Sekundärwicklung die Erregerwicklung eines insbesondere als Auslöser dienenden Haltemagneten angeschlossen ist, weist erfindungsgemäß zwischen der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers und der Erregerwicklung des Haltemagneten einen Vollwellen gleich richter auf. Dadurch wird gegenüber den bekannten Anordnungen mit einem Schwingkreis zwischen der Sekundärwicklung und dem Haltemagneten der Einfluß der Polarität des im Primärkreis auftretenden Gleichfehlerstroms auch die Funktion des Haltemagneten ausgeschaltet und bei entsprechender Polung des Gleichrichters ein Ansprechen des Haltemagneten unter allen Betriebsumständen bei der ersten Fehlerstromhalbwelle gewährleistet. Damit erübrigt sich zugleich die Verwendung eines teuren Kondensators zur Schaffung eines besonderen Schwingkreises, und die Einregelung des Nenn- und Fehlerstroms wird wesentlich vereinfacht. Da die Schaltung auf einen fast ausschließlich Ohmschen Widerstandskreis beschränkt ist, hat der Auslöser praktisch keine Eisenverluste.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter für die Auslösung bei Wechselfehler- und pulsierenden Gleichfehlerströmen, mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklungen in den zu schaltenden Leitern liegen, an dessen Sekundärwicklung die Erregerwicklung eines als Auslöser dienenden Haltemagneten angeschlossen ist und dessen Magnetkern einen induktionshub zwischen Sättigung und Remanenz von solcher Größe aufweist, daß durch einen pulsierenden Gleichfehlerstrom in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zum Betätigen des Auslösers ausreicht.

Fehlerstromschutzschalter müssen künftig so ausgebildet sein, daß sie nicht nur Wechselfehlerströme, sondern auch pulsierende Gleichfehlerströme erfassen. Nach den hierzu vorgesehenen Bestimmungen (DIN 664/VdE 0664) dürfen sie bei Wechselfehlerströmen bis zum 0,5fachen des Nenn-Fehlerstromes (Ij_n) nicht auslösen. Bei pulsierenden Gleichfehlerströmen richtet sich der Stromwert, bis zu dem keine Auslösung erfolgen darf, nach der Größe des Steuerwinkels a. Dabei gelten folgende Werte:

Λ =	0° el	035 Ij_n
Λ =	90° el	0,25 Ij_n
a =	135° el	0,11 Ij_n

Die Fl-Schutzschalter müssen auslösen, wenn bei einem Wechselfehlerstrom und bei einem pulsierenden Gleichfehlerstrom der l,4fache Wert des Nenn-Fehlerstromes überschritten wird. Ferner besteht die Forderung, daß beim Nenn-Fehlerstrom für Wechselstrom und beim l,4fachen Nenn-Fehlerstrom für pulsierenden Gleichstrom der Asschaltverzug 0,2 s nicht überschreiten darf.

Die Erfassung von Gleichfehlerströmen mit den für Wechselstrom üblichen Mitteln war von je ht τ- wegen

ίο des auf den einen Teil der Hysteresiskurve des Magnetkerns im Summenstromwandler begrenzten Induktionshub problematisch. Es ist hierzu seit langem bekannt (DE-PS 7 16 585), durch Einschaltung eines Kondensators in den Sekundärkreis des Stromwandlers einen Schwingkreis zu schaffen, der auf die Frequenz des pulsierenden Verbrauchergleichstroms, d.h. bei Vollwellengleichrichtung auf die doppelte Netzfrequenz abgestimmt ist, und demzufolge bei Auftreten eines entsprechenden Gleichfehlerstroms durch Resonanz die nötige Stromstärke zur Schwächung des Haltemagneten liefert

Desweiteren ist es bekannt (DE-AS 20 44 302), für den Magnetkern des Summenstromwandlers Werkstoffe zu verwenden, die einen Induktionshub zwischen Sättigung und Remanenz aufweisen, der so groß ist, daß zum Betätigen des Auslösemagneten eine Spannung ausreicht, die durch einen in einer Primärwicklung des Summenstromwandlers fließenden pulsierenden Gleichfehlerstroms in der Sekundärwicklung induziert wird.

Die Einhaltung der von den Normvorschriften geforderten Auslösewerte bei Gleichfehlerströmen bereitet dennoch Schwierigkeiten, da diese Werte ungeachtet der Polarität eingehalten werden müssen, mit welcher der Strom des an den Fehlerstromschutzschalter angeschlossenen Verbrauchers gleichgerichtet wird. Demgemäß verlangen auch die Normvorschriften eine Wiederholung der Prüfung der Schalter bei Gleichfehlerströmen mit umgekehrter Polarität Da die von Gleichfehlerströmen in der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers induzierten Spannungen einen asymmetrischen Wellenverlauf haben, wirkt sich die Richtung der Polarität unterschiedlich auf die Auslösung des Haltemagneten aus und führt zu Unterschieden in den Ansprechwerten, die, wie Messungen gezeigt haben, vor allem bei Steuerwinkeln von 0° und 135° el besonders groß sind. Die Einhaltung der vorgeschriebenen oberen und unteren Auslösegrenzwerte bei Gleichfehlerströmen ist deshalb nackwie vor mit erheblichen Schwierig-

5C keiten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu überwinden und eine Maßnahme bei einem Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art zu finden, durch welche die vorgeschriebenen Toleranzen unabhängig von der Polarität des über den Schalter fließenden Verbraucherstromes gehalten werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Erregerwicklung des Haltemagneten ein nur Gleichrichterdioden enthaltender VollwellengleiehFiehter angeordnet ist, der diese Wicklungen unmittelbar miteinander verbindet

Es leuchtet ein, daß mit Hilfe der Erfindung die unterschiedliche Polarität des Verbraucher-Gleichstroms und damit die unterschiedliche Polarität eines gegebenenfalls auftretenden pulsierenden Gleichfehlerstroms auf das Ansprechverhalten des Auslösers keinen Einfluß hat. Das Ergebnis ist ein praktisch identisches Verhalten

des Auslösers bei beiden Polaritäten, wobei sich geringfügige Abweichungen allenfalls durch geringe Unterschiede in den gleichrichtenden Komponenten des VoIlwellengleichrichters ergeben können. Gleichzeitig läßt sich sicherstellen, daß der Haltemagnet unabhängig von der Polarität des Fehlerstroms im Primärkreis stets ohne Verzögerung anspricht, was bei den bekannten Schaltungen mit abgestimmten Schwingkreis, jedoch ohne Gleichrichter nicht möglich ist: wenn dort die erste Stromhalbwelle in der Erregerwicklung des Haftemagneten dessen Polarisation unterstützt, spricht der Haltemagnet erst bei der zweiten Halbwelle mit unerwünschter Verzögerung an.

Die Verwendung von VoUwellengleichrichtern in den Auslöserkreisen von Fehlerstromschutzschaltern ist zwar als solche nicht mehr neu.

So ist bereits vor längerer Zeit, als es noch keine Verbraueber mit Phasenanschnittsteuerungen gab und das Problem der Überwachung von Gleichfehlerströmen noch nicht bestand, vorgeschlagen worden (»Elektrotechnik und Maschinenbau«, 82. Jahrgang, Heft 4, Seite 155), einem von der Sekundärwicklung des Summenstromwandiers gespeisten Arbeitsstromauslöser einen Vollwellengleichrichter vorzuschalten, was offensichtlich dem Zweck diente, dessen Anzugskraft durch Ausschaltung des induktiven Widerstandes der Auslöserwicklung zu erhöhen und dadurch das einwandfreie Ansprechen des Auslösers unter den geforderten Bedingungen zu gewährleisten.

Ferner war die Verwendung eines Vollwellengleichrichters auch bereits bei einem tyristorgesteuerten Auslöser eines Fehlerstromschutzschalters mit dem Ziel bekannt (DE-OS 15 63 825), ein Ansteuern des Tyristors in jeder Halbwelle des überwachten Wechselfehlerstromes zu erreichen.

Schließlich ist auch in jüngerer Zeit bei einem Fehlerstromschutzschalter zur Überwachung von Wechsel- und Gleichfehlerströmen bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 31 29 277), zur Einschaltung eines einem HaltemagnetauslösT vorgeschalteten spannungsabhängigen Schaltgliedes eine von der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers gespeiste Spannungsverdopplerschaltung zu verwenden, die im weiteren Sinne einen Vollwellengleichrichter darstellt, jedoch außer zwei Gleichrichterdioden noch zwei Kondensatoren aufweist und nur bei jtider zweiten Halbwelle einen Gleichstromimpuls von doppelter Eingangsspannung an den Auslöser gelangen läßt.

Allen drei vorbekannten Anordnungen von VoUwellengleichrichtern liegen somit andere Voraussetzungen zugrunde, und es werden mit ihnen andere Wirkungen als mit der obigen Erfindung angestrebt und erreicht.

Die Erfindung hat eine Reihe Vorteile:

— es besteht keine Ansprechwertdifferenz zwischen positiver negativer Gleichfehlerstromwelle,

— von der Sekundärseite des Summenstromwandler aus gesehen ist ein fast ausschließlich Ohrn'scher Widerstandskreis vorhanden; der Ausiöser hat deshalb praktisch keine Eisenverluste,

= die Verwendung eines teuren Kondensators zur Schaffung eines Schwingkreises entfällt,

— der Haltemagnet spricht unter allen Umständen bereits bei der ersten Fehlerstrom-Halbwelle an,

— die Einregelung des Nenn- und Fehlerstroms wird wesentlich vereinfacht.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Vollwellengieichrichter ein Meßgleichrichter in Brückenschaltung, während in einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Sekundärwicklung eine mit der Eingangsklemme des Auslösers verbundene Mittelklemme aufweist und der Gleichrichter aus zwei in gleicher Polarität mit ihren einen Anschlüssen an die andere Eingangsklemne des Auslösers angeschlossenen Einzelgleichrichtern besteht, deren andere Anschlüsse mit den Enden der Sekundärwicklung

ίο verbunden sind.

Zwei diesbezügliche Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Mit 1, 2, 3 und N sind die drei Phasenleiter und der Nulleiter eines Fehlerstromschutzschalters bezeichnet, dessen bewegliche Schaltkontakte 4 gemeinsam über ein Schaltschloß 5 betätigbar sind, das von einem elektromagnetischen Auslöser 6 entriegelbar ist. Der Auslöser 6 enthält ein polarisiertes Relais mit einem (nicht gezeigten) Haltemagneten, der in bekannter Weise eine Erregerwicklung 7, 8 zur Schwächu;^· des die Haltekraft bewirkenden magnetischen Feldes trägt, deren Eingangsklemmen mit 7 und 8 bezeichnet sind.
Die Leiter 1, 2,3 und N sind durch den ringförmigen Magnetkern 9 eines Summenstromwandler 10 hindurchgefi/hrt, der gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 auf dem Magnetkern 9 eine durchgehende Sekundärwicklung 11 trägt Die Enden der Sekundärwicklung 11 sind an die Eingangsklemmen 12,13 eines VoII-Wellengleichrichters 14 angeschlossen, dessen Ausgangsklemmen 15,16 mit den Eingangsklemmen 7 bzw. 8 der Wicklung des Haltemagneten verbunden sind.

Solange der an den Fehlerstromschutzschalter angeschlossene (nicht gezeigte) Verbraucher einwandfrei arbeitet, ist die Durchflutung des Magnetkerns 9 Null und es wird in der Sekundärwicklung 11 keine Spannung erzeugt. Sobald jedoch im Verbraucher ein Erd- oder Massenschluß auftritt, wird das Durchflutungsgleichgewicht im Summenstromwandler gestört, und es wL-d in der Sekundärwicklung 11 eine Spannung induziert, die einen Stromfluß im Auslöserkreis zwischen der Sekundärwicklung 11 und dem elektromagnetischen Auslöser zur Folge hat. Dieser Strom wird im Gleichrichter 14 gleichgerichtet und führt bei entsprechender Polarität der Ausgangsklemmen 15, 16 des Gleichrichters 14 zu einer Schwächung der Haltekraft des Haltemagneten, die beim Erreichen eines bestimmten Wertes zum Ansprechen des elektromagnetischen Auslösers 6 und damit zum Entsperren des Schaltschlosses 5 führt.

so Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Vollwellengleichrichter 14 erfolgt in jedem Fall eine Schwächung der Haltekraft des Haltemagneten im Auslöser 6. gleichgültig ob der Fehlerctrom ein Wechselfehlerstrom oder ei.i Gleichfehlerstrom ist, und gleichgültig, wie im letzteren Fall der dem Verbraucher vorgeschaltete Gleichrichter gepolt ist.

Das Ansprechverhalten des elektromagnetischen Auslösers bleibt deshalb von dieser Polarität praktisch unbeeinflußt.

Die Ausbildung des Vollwellengleichrichters kann an sich beliebig sein, besonders zweckmäßig ist jedoch die Ausbildung als Meßgleichrichter in Brückenschjltung unter Verwendung von Halbleiterdioden.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 hat die Sekundärwicklung W eine mit der Eingangsklemme 7 des Auslösers 6 verbundene Mittelklemme, und der Gleichrichter 14' besteht aus zwei in gleicher Polarität mit ihren einen Anschlüssen an die andere Eingangsklemme

8 des Auslösers angeschlossenen F.inzclgleichrichtern, deren andere Anschlüsse mit den Enden der Sekundärwicklung 11' verbunden sind.

Auch in diesem Fall ist es j'.weckmäßig, für die beiden Einzelgleichrichter Halbleiterdioden zu verwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Fehlerstromschutzschalter für die Auslösung bei Wechselfehler- und pulsierenden Gleichfehlerströmen, mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklungen in den zu schaltenden Leitern liegen, an dessen Sekundärwicklung die Erregerwicklung eines als Auslöser dienenden Haltemagneten angeschlossen ist und dessen Magnetkern einen Induktionshub zwischen Sättigung und Remanenz von solcher Größe aufweist, daß eine durch einen pulsierenden Gleichfehlerstrom in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zum Betätigen des Auslösers ausreicht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Erregerwicklung (7, 8) des Haltemagneten ein nur Gleichrichterdioden enthaltender Vollwellengleichrichter (14) angeordnet ist, der diese Wicklungen (11, 7, 8) unmittelbar miteinander verbindet

Z Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollwellengleichrichter (14) als Meßgleichrichter in Brückenschaltung ausgebildet ist.

3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (11') eine mit der Eingangsklev.ime (7) des Auslösers (6) verbundene Mitteiklemme aufweist und der Gleichrichter (14') aus zwei in gleicher Polarität mit ihren einen Anschlüssen an die andere Eingangsklemme (8) des Auslösers (6) angeschlossenen Einzelgleichrichiern besteht, deren andere Anschlüsse mit den Enden der Sei-.undärvicklung (1Γ) verbunden sind.