DE3232612A1

DE3232612A1 - Verfahren zum verzoegern des ansprechens eines fehlerstromschutzschalters sowie fehlerstromschutzschalter zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3232612A1
Application number: DE19823232612
Authority: DE
Inventors: Daniel 67100 Strasbourg Framery
Original assignee: SERD D'ETUDE ET DE REALISATION DE DISJONCTEURS Ste; Serd D'etude Et De Realisation De Disjoncteurs 67024 Strasbourg Ste; SERD SOC ET REALISA DISJONCT
Current assignee: D Etudes Et De Realisations De Disjoncteur Ste
Priority date: 1982-07-26
Filing date: 1982-09-02
Publication date: 1984-01-26
Also published as: FR2530864B1; FR2530864A1

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. W. Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem

Frankfurt / Main . . Staufenstraße 36

Bezeichnung: Verfahren zum Verzögern des Ansprechens eines Fehlerstromschutzschalters sowie Fehlerstromschutzschalter zur Durchführung des Verfahrens.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verzögern des Ansprechens eines Fehlerstromschutzschalters mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklung in den zu überwachenden Leitern liegen und an dessen Sekundärwicklung eine Haltemagnetauslöser angeschlossen ist, sowie einen Fehlerstromschutzschalter zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Zur Erzielung einer sogenannten "vertikalen Selektivität" von gestaffelt innerhalb eines Stromverteilungsnetzes angeordneten Fehlerstromschutzschaltern muß der dem Stromerzeuger nähere Fehlerstromschutzschalter zwei Bedinungen genügen:

1. sein Nenn-Fehlerstrom muß mindestens doppelt so hoch bemessen sein wie der eines jeden nachgeschalteten Fehlerstromschutzschalters ;

2. seine Ansprechzeit muß bei gleichem Beginn und gleicher Höhe eines Fehlerstroms, der gleich oder größer als sein Nenn-Fehlerstrom ist, auf jeden Fall größer als die Ansprechzeit eines nachgeschalteten Fehlerstromschutzschalters sein.

Zur Erfüllung der letzteren Bedingung ist es bekannt, nach dem Prinzip der sogenannten "Energiespeicherung" zu arbeiten. Sobald der Magnetkern des Summenstromwandlers durch einen Fehlerstrom ausreichend magnetisiert ist, wird ein im .Stromkreis der Sekundärwicklung angeordneter Kondensator bis auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen, bei deren Erreichen eine elektronische Schaltkomponente oder ein elektronisches Schaltsystem den Kondensator schlagartig über die Wicklung des Auslösers entlädt und dadurch das

Schloß des Fehlerstromschutzschalters entklinkt. Die Zeitspanne, die zum Erreichen der vorbestimmten Spannung erforderlich ist, entspricht der gewünschten Ansprechverzögerung und ist für die Funktion des Schalters im Rahmen der vertikalen Selektrivität erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber ein Verfahren zum Verzögern des Ansprechens eines Fehlerstromschutzschalters sowie einen Fehlerstromschutzschalter zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen, bei denen eine solche elektronische Schaltkomponente bzw. ein solches elektronisches Schaltsystem entfällt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe verfahrensmäßig dadurch, daß die Durchflutung des Magnetkerns des Summenstromwandlers beim Auftreten eines Fehlerstroms vorübergehend durch eine von einem Gleichstrom oder einem pulsierenden Gleichstrom bewirkte Durchfiutungskomponente unterhalb der für das Ansprechen des Auslösers erforderlichen Höhe gehalten wird. Dabei sinkt die DurchfIutungskomponente zweckmäßig während der Verzögerung von einem Höchstwert asymptotisch gegen Null ab, so daß sie nach einer bestimmten Zeitspanne nicht mehr ausreicht, die Gesamtdurchflutung des Magnetkerns unterhalb der für das Ansprechen des Auslösers erforderlichen Höhe zu halten.

Um in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Durchflutung vorübergehend unterhalb der für das Ansprechen des Auslösers erforderlichen Höhe zu halten, weist bei einem Fehlerstromschutzschalter zur Durchführung dieses Verfahrens der Summenstromwandler eine Tertiärwicklung auf, die beim Auftreten eines Fehlerstroms vorübergehend über einen Gleichrichter kurzschließbar ist. Dieser Gleichrichter verhindert einen vollständigen Kurzschluß gegenüber den normalen Wechselströmen in den Primärwicklungen und bewirkt auf der anderen

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Seite dennoch eine ausreichende Desensibilisierung des Summenstromwandlers¹ in Bezug auf die Induzierung einer ausreichend hohen Spannung in der Sekundärwicklung zur Betätigung des Auslösers.

Das asymptotische Absinken der Durchflutungskomponente gegen Null während der Verzögerung läßt sich bei einem derartigen Fehlerstromschutzschalter dann in besonders einfacher Weise dadurch erzielen, daß der Kurzschluß über wenigstens einen Kondensator erfolgt, der zu dem Gleichrichter in Reihe geschaltet ist.

Nach einem weiteren Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters ist parallel zu dem Kondensator ein Ohm'scher Entladewiderstand geschaffen, der so bemessen ist, daß er während der Verzögerungszeit den Kondensator nicht nennenswert entlädt, im Anschluß daran aber dennoch den Kondensator in hinreichender Zeit selbsttätig entlädt, die Verzögerungswirkung für das erneute Auftreten eines Pehlerstroras wiederherzustellen.

Ein anderes Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß an die Klemmen der Tertiärwicklung unmittelbar ein (weiterer) Kondensator geringer Kapazität zur Ableitung von Oberwellenströmen angeschlossen ist. Dadurch wird vermieden, daß die Ansprechverzögerung durch nicht vorher zu bestimmende Oberwellen verkürzt und dadurch die gewünschte Selektivität infrage gestellt wird.

Ein besonders Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Summenstromwandler einen Hauptmagnetkern und einen Hilfsmagnetkern aufweist, die über aneinander angeschlossene Hilfswicklungen miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind, wobei der Hauptmagnetkern die Primärwicklung umfaßt und der Hilfsmagnetkern

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die Sekundärwicklung und die Tertiärwicklung trägt. Ein solcher Summenstromwandler läßt sich durch Anschluß eines billig herzustellenden Hilfsstromwandlers mit drei Wicklungen an die Sekundärwicklung eines üblichen Summenstromwandlers mit nur zwei Wicklungen zusammensetzen und erübrigt die Bereitstellung eines besonderen aufwendigen Haupt-Summenstromwandlers mit einer zusätzlichen Tertiärwicklung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung gezeigter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die Verzögerungsschaltung für den Auslöserkreis eines Fehlerstromschutzschalters mit einem Summenstromwandler, der nur einen einzigen Magnetkern aufweist,

Fig. 2: dieselbe Schaltung mit einem Summenstromwandler mit einem Hauptmagnetkern und einem Hilfsmagnetkern, die elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind und

Fig. 3a-3d: Diagramme zur Veranschaulichung des zeitlichen Verlaufs der Ströme und Spannungen an der Tertiär- und der Sekundärwicklung.

In beiden Zeichnungsfiguren sind mit 1,2,3 und N die drei Phasenleiter und der Neutralleiter eines Fehlerstromschutzschaiters 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 Wicklung zur Schwächung des die Haltekraft bewirkenden magnetischen Feldes trägt, deren Eingangsklemmen mit 7 und 8 bezeichnet sind.

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Die Leiter 1 , 2 , |3 und N sind durch den ringförmigen Mangetkern 9 eines Summenstromwandlers 1o hindurchgeführt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 trägt der Magnetkern 9 ferner eine Sekundärwicklung 11, die an die Eingangsklemmen 7, 8 des Haltemagnetauslösers 6 angeschlossen ist.

Weiterhin trägt der Magnetkern 9 des Summenstromwandler^ 1o eine Tertiärwicklung 12, an welche ein in seiner Gesamtheit

mit 13 bezeichneter Verzögerungskreis 13 angeschlossen ist. )

Der Verzögerungskreis 13 besteht in der Hauptsache aus der Reihenschaltung eines Gleichrichters 14 mit einem Kondensator 15, zu welchem außerdem ein Entladewiderstand 16 parallelge-

schaltet ist. Ferner ist vor dem Gleichrichter 14 unmittelbar an die Tertiärwicklung 12 ein Kondensator 17 angeschlossen, der im Vergleich zu dem Kondensator 15 eine erheblich kleinere Kapazität besitzt.

Die Wirkungsweise der gezeigten Schaltung ist folgende:

Für die Magnetisierung des ringförmigen Magnetkerns 9 gilt \ das Durchflutungsgesetz, das in Vektorform wie folgt geschrieben werden kann:

worin θ die Durchflutung, I der Strom und w die Windungszahl dind und sich die Indices p,s und t auf die Primär-, die Sekundär- und die Tertiärwicklung beziehen.

Um das Verständnis zu erleichtern, kann unterstellt werden, daß ein jeder Vektor die Grundgröße der verschiedenen Durchflutungskomponenten oder magnetomotorischen Kräfte darstellt, die bei dem Magnetkern 9 zur Wirkung kommen.

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Die Durchflutungskomponente I, . w wird vom Strom in der Tertiärwicklung hervorgerufen, der ein pulsierender Gleichstrom ist und dessen Größe sich aufgrund der abnehmenden Kurzschlußwirkung des Kondensators 15 von einer Größe I._ . w

in eine Größe I' . w £ 0 in einer Zeit ändert, die durch die Schaltungsbestandteile 15, 16 und 17 im Verzögerungskreis bestimmt sind, während in einem oder zweien der Phasenleiter 1,2,3 ein Fehlerstrom bestimmter Größe fließt. Dies hat zur Folge, daß die magnetische Feldstärke, die den

«κ magnetischen Fluß bzw. die Induktion im Magnetkern 9 bestimmt, sich entsprechend umgekehrt während der Aufladung des Kondensators von einer Größe ■ = 0 auf einen Wert /¹^O erhöht. Infolgedessen steigt auch die Spannung U an der Sekundärwicklung, welche die Eingangsspannung für den Auslöser 6 darstellt, von einem Wert U _ auf einen Wert U' an, bei dem der Auslöser schließlich das Schloß 5 entsperrt, wobei U_s0 -:< ü'_s ist.

In Fig. 3 ist der Verlauf der Spannungen und Ströme vom Zeitpunkt Null, in welchem der Fehlerstrom auftritt, bis zum Zeitpunkt t.. dargestellt, in welchem der Auslöser 6 anspricht. Bei (a) ist der Stromverlauf in der Tertiärwicklung, bei (b) die Spannung an der Tertiärwicklung, bei (c) der Stromverlauf in der Sekundärwicklung und bei (d) die Spannung an der Sekundärwicklung dargestellt.

Die Kurven rechts davon zeigen im gestreckten Zeitmaßstab für jeweils 2o ms den charakteristischen Verlauf einer einzelnen Schwingungsperiode.

Bei dem Ausführungsbeipsiel nach Fig. 2 weist der Summenstromwandler 1o außer dem ringförmigen Hauptmagnetkern 9 noch einen Hilfsmagnetkern 18 auf, wobei der Hauptir.agnetkern 9 anstelle der Sekundärwicklung 12 eine Hilfswicklung 19 trägt, die mit einer Hilfswicklung 2o auf dem Hilfsmagnetkern 18

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unmittelbar verbunden ist und dadurch die beiden Magnetkerne 9, 18 elektromagnetisch miteinander koppelt. Die Sekundärwicklung 11 und die Tertiärwicklung 12 sind in diesem Fall auf dem Hilfsmagnetkern 18 angeordnet, so daß der Hauptmagnetkern 9 außer den Phasenleitern 1,2,3 und N nur eine einzige Wicklung, nämlich die Hilfswicklung trägt. Der den Hauptmagnetkern enthaltende Teil des Summenstromwandlers 1o entspricht somit einem herkömmlichen Summenstromwandler, dessen Sekundärwicklung bei der Schaltung nach Fig. 2 als Hilfswicklung 19 verwendet wird.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist dieselbe wie nach Fig. 1.

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Claims

Patentansprüche

( 1./Verfahren zum Verzögern des Ansprechens eines Fehlerstromschutzschalters mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklung in den zu überwachenden Leitern liegen und an dessen Sekundärwicklung ein Haltemagnetauslöser angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflutung des Magnetkerns des Summenstromwandlers beim Auftreten eines Fehlerstroms vorübergehend durch eine von einem Gleichstrom oder einem pulsierenden Gleichstrom bewirkte Durchflutungskomponente unterhalb der für das Ansprechen des Auslösers erforderlichen Höhe gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflutungskomponente während der Verzögerung von einem Höchstwert asymtotisch gegen Null absinkt.
3. Fehlerstromschautzschalter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Summenstromwandler (1o) eine Tertiärwicklung (12) aufweist, die beim Auftreten eines Fehlerstroms vorübergehend Über einen Gleichrichter (14) kurzschließbar ist.
4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß der Kurzschluß über wenigstens einen Kondensator (15) erfolgt, der zu dem Gleichrichter (14) in Reihe geschaltet ist.
5. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Kondensator (15) ein Ohm¹scher Entladewiderstand (16) geschaltet ist.
6. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Klemmen der Tertiärwicklung (12) unmittelbar ein (weiterer) Kondensator (17) geringer Kapazität zur Ableitung von Oberwellenströmen angeschlossen ist.
7. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Summenstromwandler (1o) einen Hauptmagnetkern (9) und einen Hilfsmagnetkern (18) aufweist, die über aneinander angeschlossene Hilfswicklungen (19, 2o) miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind, wobei der Hauptmagnetkern (9) die Primärwicklung (1,2,3,N) umfaßt und der Hilfsmagnetkern (18) die Sekundärwicklung (11) und die Tertiärwicklung (12) trägt.