DE3807934A1 - Selective residual current device - Google Patents

Abstract

A selective residual current device has an electronic trip circuit (16), with a bridge rectifier circuit (24), between a summing current transformer (20) and the excitation winding (14) of a release. A zener diode (44), a storage capacitor (46) and an RC element (48) with a delay capacitor (50) are connected to the output of the bridge rectifier circuit (24), the voltage on which delay capacitor (50), which rises in a delayed manner, drives an electronic valve (30) via CMOS logic (60), by means of which electronic valve (30) the energy in the storage capacitor (46) is released to the excitation winding (14). The residual current device according to the invention is cheap to manufacture, operates accurately and enables very precise conformity with the tolerance limits for the tripping time. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen selektiven Fehlerstromschutz­ schalter mit einem Summenstromwandler und einem Auslöser, dessen Erregerwicklung an die Sekundärwicklung des Summen­ stromwandlers über eine elektronische Auslöseschaltung an­ geschlossen ist, die eine Gleichrichterbrückenschaltung, einen unmittelbar an deren Ausgangsklemmen angeschlossenen Ladekondensator und einen Verzögerungskondensator enthält.The invention relates to a selective residual current protection switch with a summation current transformer and a trigger, its excitation winding to the secondary winding of the buzzing current transformer via an electronic trigger circuit closed, which is a rectifier bridge circuit, a directly connected to the output terminals Charging capacitor and a delay capacitor contains.

Selektive Fehlerstromschutzschalter haben als Sonderausfüh­ rung die Aufgabe, aufgrund ihrer Auslöseverzögerung in ver­ zweigten Anlagen, in denen sowohl die Hauptverteilung als auch die Unterverteilung und die dazwischen liegenden An­ lageteile in die Fehlerstromschutzschaltung einbezogen sind, ein Ausschalten aller an die Hauptverteilung ange­ schlossenen Verbraucher im Falle eines Isolationsfehlers hinter der Unterverteilung zu verhindern. Zu diesem Zwecke müssen die selektiven Fehlerstromschutzschalter in den ein­ zelnen Ländern bestimmten Vorschriften wie beispielsweise in der Bundesrepublik Deutschland der VDE 0664 genügen. Dort sind obere und untere Grenzwerte für die Auslöse­ zeit angegeben, die mit zunehmender Größe des Fehler­ stroms im Verhältnis zum Nennfehlerstrom sinken.Selective residual current circuit breakers have a special design the task, because of their triggering delay in ver branched installations in which both the main distribution as also the subdistribution and the intervening An parts are included in the residual current circuit are switching off all the main distribution closed consumer in the event of an insulation fault to prevent behind the subdistribution. For this purpose need the selective residual current device in the one  certain countries such as in the Federal Republic of Germany the VDE 0664 suffice. There are upper and lower limits for the trigger Time indicated with increasing size of the error current in relation to the nominal residual current decrease.

Bei einem bekannten selektiven Fehlerstromschutzschalter (Siemens-Zeitschrift 42, 1968, Heft 6, S. 492-494) wird die Auslöseverzögerung durch ein RC-Glied besorgt, das an die Ausgangsklemmen einer Gleichrichterbrückenschaltung im Sekundärkreis des Summenstromwandlers angeschlossen ist. Aufgrund des Streubereiches solcher Zeitverzögerungsschal­ tungen mit reinen RC-Gliedern hat der bekannte Fehlerstrom­ schutzschalter eine gewisse Ungenauigkeit im Ansprechen des nachgeschalteten Auslösers.In a known selective residual current device (Siemens magazine 42, 1968, No. 6, pp. 492-494) the trigger delay caused by an RC element, the to the output terminals of a rectifier bridge circuit is connected in the secondary circuit of the summation current transformer. Due to the range of such time delay scarf tions with pure RC elements has the known fault current a certain inaccuracy in the response of the circuit breaker downstream trigger.

Ein anderer bekannter Fehlerstromschutzschalter (DE-AS 27 45 464), welcher von der eingangs genannten Art ist, vermeidet diesen Mangel dadurch, daß die Schaltung zum Aufladen des Verzöge­ rungskondensators als elektronisches Schaltglied ausgelegt ist, dessen Hauptbestandteil ein aus einem Transistor und einer Zenerdiode bestehender Konstantstromreglerkreis ist. Dieser Kreis liefert einen begrenzten und konstanten Strom, mit dem der Verzögerungskondensator, an den die Erregerwick­ lung des Auslöser unmittelbar angeschlossen ist, aufgeladen wird. Die Folge ist eine konstante Verzögerungszeit unab­ hängig von der Höhe des Fehlerstroms, was den obigen Bedin­ gungen für selektive Fehlerstromschutzschalter jedoch nicht genügt.Another known residual current circuit breaker (DE-AS 27 45 464), which is of the type mentioned, avoids this Lack in that the circuit for charging the delay capacitor designed as an electronic switching element whose main component is a transistor and one a Zener diode existing constant current regulator circuit. This circuit provides a limited and constant current, with the the delay capacitor to which the excitement winding the trigger is immediately connected, charged becomes. The result is a constant delay time unab depending on the magnitude of the fault current, which is the above condition However, not for selective residual current circuit breakers enough.

Schließlich ist aus der DE-PS 31 27 331 eine elektronische Auslöseschaltung für eine Fehlerstrom-Schutzschaltung be­ kannt, bei welcher die Erregerwicklung des Auslösers ein Schwellwert-Schalter vorgeschaltet ist, bei dessen An­ sprechen die im Verzögerungskondensator gespeicherte Ener­ gie der Erregerwicklung des Auslösers zugeführt wird. Auch bei dieser Schaltung erfolgt die Aufladung des Verzögerungs­ kondensators über einen Konstantstromregler, der die Aus­ lösezeit im wesentlichen unabhängig von der Höhe des Feh­ lerstroms konstant hält.Finally, from DE-PS 31 27 331 an electronic Tripping circuit for a residual current protection circuit be knows, in which the excitation winding of the trigger a Threshold switch is connected upstream, at the on speak the energy stored in the delay capacitor gie the exciter winding of the trigger is supplied. Also in this circuit, the charging of the delay takes place  capacitor via a constant current regulator, the off essentially independent of the amount of the error lerstroms keeps constant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selektiven Fehlerstromschutzschalter zu schaffen, mit dem auf einfache Weise und unabhängig von Fremdenergie aus dem Speisenetz oder einer anderen Energiequelle ein Einhalten der mit stei­ gendem Fehlerstrom im Verhältnis zum Nennfehlerstrom sinken­ den Grenzwerte entsprechend den geltenden Bestimmungen er­ möglicht wird.The invention has for its object to provide a selective Residual circuit breaker to create, with the simple on Way and independent of external energy from the feed network or another source of energy adhering to the stei Falling fault current in relation to the nominal fault current the limit values in accordance with the applicable provisions is possible.

Ausgehend von einem Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daßStarting from a residual current circuit breaker of the beginning mentioned type, this object is achieved by the invention solved that

• - der Ladekondensator als Speicher für die zum Betä­ tigen des Auslösers erforderliche Energie sowie die Energieversorgung der elektronischen Schaltung bemes­ sen ist,- The charging capacitor as a memory for the beta energy required by the trigger and the Power supply of the electronic circuit bemes is,
• - der Erregerwicklung des Auslösers ein steuerbares elektronisches Ventil vorgeschaltet ist und- The excitation winding of the trigger a controllable electronic valve is connected upstream and
• - der Verzögerungskondensator Teil eines an den Lade­ kondensator parallel zu dem elektronischen Ventil und der Erregerwicklung des Auslösers geschalteten RC-Gliedes ist, von dessen beim Aufladen des Ladekon­ densators verzögert ansteigender Spannung das elek­ tronische Ventil über eine CMOS-Logik ansteuerbar ist.- The delay capacitor part of one to the drawer capacitor in parallel with the electronic valve and the exciter winding of the trigger switched RC member is of which when charging the Ladekon densators delayed rising voltage the elek tronic valve via a CMOS logic controllable is.

Der Ladekondensator des erfindungsgemäßen Fehlerstrom­ schutzschalters bildet somit zusammen mit der Impedanz der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers und der Gleichrich­ terbrückenschaltung einen ersten Integrator, in welchen die beim Auftreten eines Fehlerstroms an der Sekundärwick­ lung des Summenstromwandlers erzeugte Spannung zur Bereit­ stellung der Energie für den Auslöser sowie die CMOS-Logik gespeichert wird. Die am Ladekondensator auftretende Span­ nung wird am Verzögerungskondensator ein zweites Mal inte­ griert, um den Spannungsaufbau am Eingang der CMOS-Logik zu verzögern. Diese arbeitet wie ein Vergleicher und schal­ tet beim Erreichen einer Schwellenspannung etwa gleich der halben Betriebsspannung von üblicherweise 5 Volt von einem logischen O-Signal auf ein logisches I-Signal oder umge­ kehrt an ihrem Ausgang um, wodurch das elektronische Ventil angesteuert und der Auslöser mit der im Ladekondensator bereitstehenden Energie erregt wird.The charging capacitor of the residual current circuit breaker according to the invention thus forms together with the impedance of the secondary winding of the summation current transformer and the rectifier terbrückenschaltung a first integrator, in which the voltage generated when a fault current at the Sekundärwick ment of the summation current transformer voltage to provide the position of the energy for the trigger and the CMOS Logic is stored. The voltage occurring at the charging capacitor is inte grated on the delay capacitor a second time to delay the voltage build-up at the input of the CMOS logic. This works like a comparator and scarf tet when reaching a threshold voltage about equal to half the operating voltage of usually 5 volts from a logical O signal to a logical I signal or vice versa at its output, causing the electronic valve is controlled and the trigger with the energy available in the charging capacitor is energized.

Je größer der Fehlerstrom ist, umso schneller wird auch der Verzögerungskondensator aufgeladen, und desto früher wird die CMOS-Logik umgeschaltet werden. Diese hat einen sehr kleinen Energieverbrauch und arbeitet mit äußerst geringer Streuung der Schwellenspannung. Da die Freigabe der im La­ dekondensator gespeicherten Energie an die Erregerwicklung des Auslösers durch das von der CMOS-Logik gesteuerte elek­ tronische Ventil sprunghaft erfolgt, können Haltemagnetauslöser verwendet werden, deren Auslöseenergie in weiten Grenzen schwankt. Da bei Nennfehlerstrom nur ein geringer Strom in der Sekundär­ wicklung zu fließen braucht, lassen sich auch bei geringen Ab­ messungen des Ringkerns viele Windungen für die Sekundärwicklung auf dem Ringkern anbringen, so daß einerseits die erforderliche Spannung für die elektronische Schaltung gewährleistet ist und andererseits die Herstellungskosten klein gehalten werden kön­ nen.The larger the fault current is, the faster will be the Delay capacitor charged, and the sooner will be the CMOS logic to be switched. This one has a lot low energy consumption and works with extremely low Scattering of the threshold voltage. Since the release of the in La dekondensator stored energy to the exciter winding the trigger by the controlled by the CMOS logic elek tronic valve can be jumped, holding magnet triggers be used, the release energy varies within wide limits. Because at rated fault current only a small current in the secondary winding can be, even at low Ab measurements of the toroidal core many turns for the secondary winding install on the toroidal core, so that on the one hand the required Voltage for the electronic circuit is guaranteed and On the other hand, the production costs can be kept small NEN.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist inner­ halb des RC-Gliedes zu einem ersten, mit dem Verzögerungs­ kondensator in Reihe liegenden ohmschen Widerstand die Rei­ henschaltung eines zweiten ohmschen Widerstandes und einer Zenerdiode parallel geschaltet, die den zweiten ohmschen Widerstand beim Erreichen ihrer Durchbruchsspannung zu­ schaltet. Dies führt bei größeren Fehlerströmen in er­ wünschter Weise zu einem steileren Verlauf der Zeit- Strom-Charakteristik zwischen der Verzögerungszeit und dem Fehlerstrom, wodurch die Einhaltung der vorgeschrie­ benen Grenzen weiterhin begünstigt wird.In an advantageous embodiment of the invention is inner  half of the RC element to a first, with the delay capacitor in series ohmic resistance the Rei hen connection of a second ohmic resistance and a Zener diode connected in parallel, the second ohmic Resistance in reaching their breakdown voltage on. This leads to larger fault currents in it desirably to a steeper course of the time Current characteristic between the delay time and the fault current, thereby ensuring compliance with the pre-prescribed borders is still favored.

Nach einem anderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist parallel zu dem Ladekondensator eine Ze­ nerdiode geschaltet, deren Durchbruchsspannung wenigstens angenähert der beim 5fachen Nennfehlerstrom auftretenden Ausgangsspannung an der Gleichrichterbrückenschaltung ent­ spricht. Dadurch wird nicht nur verhindert, daß die elek­ tronische Schaltung bei höheren Fehlerströmen mit unzuläs­ sig hohen Spannungen beaufschlagt wird, sondern gleichzei­ tig wird sichergestellt, daß bei höheren Fehlerströmen als dem 5fachen des Nennfehlerstroms die Auslösezeit des selektiven Fehlerstromschutzschalters weiter sinkt.According to another feature of the advantageous embodiment the invention is parallel to the charging capacitor, a Ze ner diode connected, the breakdown voltage at least Approximately the occurring at 5 times the nominal residual current Output voltage at the rectifier bridge circuit ent speaks. This not only prevents the elek tronic circuit at higher fault currents with inadmissible sig high voltages is applied, but at the same time tig ensures that at higher fault currents than 5 times the nominal residual current, the tripping time of the selective residual current circuit breaker continues to drop.

Nach einem weiteren Merkmal zur vorteilhaften Ausgestal­ tung der Erfindung besteht die CMOS-Logik aus mehreren hintereinander geschalteten UND- oder NAND-Gattern mit unter sich verbundenen Eingängen, wobei die Eingänge des ersten Gatters über einen dritten ohmschen Widerstand an die Verbindung zwischen dem Verzögerungskondensator und dem ersten ohmschen Widerstand im RC-Glied angeschlos­ sen sind und der Ausgang des letzten Gatters über einen vierten ohmschen Widerstand an die Steuerelektrode des elektronischen Ventils geführt ist. Dabei enthält die CMOS-Logik zweckmäßig drei NAND-Gatter. Durch die Ver­ wendung solcher Gatter in insbesondere dreifacher Hin­ tereinanderschaltung wird eine besonders präzise An­ steuerung des elektronischen Ventils gewährleistet.According to another feature of the advantageous Ausgestal tion of the invention, the CMOS logic consists of several with AND and NAND gates connected in series under interconnected entrances, the entrances of the first gate via a third ohmic resistor to the connection between the delay capacitor and the first ohmic resistance in the RC element sen and the exit of the last gate are over one fourth ohmic resistance to the control electrode of the electronic valve is guided. It contains the CMOS logic expediently three NAND gates. By the Ver use of such gates in particular triple hin Connection in series is a particularly precise  control of the electronic valve ensured.

Das elektronische Ventil kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Thyristor sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, stattdessen einen PNP- und einen NPN- Transistor in Kaskadenschaltung zu verwenden, indem deren Kollektoren und Basen wechselweise miteinander verbunden sind, wobei der Ausgang der CMOS-Logik an die Basis des PNP-Transistors herangeführt ist. Eine solche Verwendung gewöhnlicher Transistoren anstelle eines Thyristors ist wesentlich billiger und läßt sich einfacher realisieren.The electronic valve can in a further embodiment the invention may be a thyristor. Especially advantageous However, it is instead a PNP and an NPN Transistor to use in cascade by their collectors and bases alternately with each other connected to the output of the CMOS logic the base of the PNP transistor is introduced. A such use of ordinary transistors instead a thyristor is much cheaper and can be easier to realize.

Um den Fehlerstromschutzschalter nach seinem Ansprechen so schnell wie möglich erneut betriebsbereit zu machen, sieht ein besonderes Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung vor, daß der CMOS-Logik eine Diode parallel geschaltet ist, über die sich der Verzögerungskondensator wieder entladen kann.To the residual current circuit breaker after its response to get it up and running again as soon as possible sees a special design feature of the invention suggest that the CMOS logic connected in parallel with a diode is about which the delay capacitor is again can discharge.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will be described below in FIG Connection with the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 das Schaltschema der elektronischen Auslöseschaltung bei einem zweipoli­ gen selektiven Fehlerstromschutzschal­ ter nach der Erfindung, Fig. 1 is a circuit diagram of the electronic triggering circuit for a two-poli gen selective fault current protective circuit ter according to the invention,

Fig. 2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm zur Veran­ schaulichung der Aufladevorgänge am La­ dekondensator und am Verzögerungskonden­ sator der Schaltung nach Fig. 1 beim Auftreten eines Fehlerstroms, Fig. 2 is a voltage-time diagram for the charging processes on Veran schaulichung La dekondensator and at Verzögerungskonden sator the circuit of Fig. 1 on the occurrence of a fault current,

Fig. 3 ein Zeit-Strom-Diagramm mit dem Verlauf der Auslösezeit in Abhängigkeit von der Größe eines Wechselfehlerstroms bei einer Schaltung nach Fig. 1 und Fig. 3 is a time-current diagram with the course of the tripping time as a function of the size of an AC error current in a circuit of Fig. 1 and

Fig. 4 dasselbe Diagramm wie in Fig. 3 mit dem Verlauf der Auslösezeit in Abhängigkeit von der Größe eines pulsierenden Gleichfehlerstroms bei den für die Prüfung solcher Schal­ ter vorgesehenen verschiedenen Steuerwinkeln. Fig. 4 shows the same diagram as in Fig. 3 with the course of the tripping time as a function of the size of a pulsating DC fault current at the ter for the examination of such scarf provided different control angles.

In Fig. 1 sind mit P bzw. N der Phasenleiter und der Nullei­ ter eines einphasigen Niederspannungsverteilungsnetzes be­ zeichnet, die über die Schaltkontakte 10 eines in seinem mechanischen Aufbau im einzelnen nicht dargestellten Feh­ lerstromschutzschalters geführt sind. Zu diesem mechani­ schen Aufbau gehört u. a. ein nur symbolisch angedeutetes Schaltschloß 12, das beim Entriegeln die Schaltkontakte 10 unter der Wirkung einer (nicht gezeigten) Ausschalt­ feder öffnet und dadurch die Stromversorgung der an das Netz angeschlossenen Verbraucher unterbricht. Der darge­ stellte Schalter ist ein selektiver Fehlerstromschutz­ schalter zur Verwendung in der Hauptverteilung, dem wei­ tere Fehlerstromschutzschalter gewöhnlicher Bauart in der Unterverteilung zu den Verbrauchern nachgeschaltet sind.In Fig. 1, P and N of the phase conductor and the Nullei ter a single-phase low-voltage distribution network be distinguished, which are guided lerstromschutzschalters on the switching contacts 10 of a not shown in its mechanical structure in detail Fehsch. To this rule mechanical structure includes, inter alia, only a symbolically indicated switching mechanism 12 , the spring opens when unlocking the switch contacts 10 under the action of a (not shown) and thus interrupting the power supply of the consumers connected to the network. The illustrated switch is a selective residual current circuit breaker for use in the main distribution, which is followed by other residual current circuit breakers of ordinary design in the subdistribution to the loads.

Zum mechanischen Entriegeln des Schaltschlosses dient ein (nicht gezeigter) Auslöser, der in Verbindung mit der Er­ findung zweckmäßig ein Haltemagnetauslöser ist. Seine Er­ regerwicklung ist bei 14 dargestellt. Die Erregerwicklung 14 ist über eine in ihre Gesamtheit mit 16 bezeichnete elek­ tronische Auslöseschaltung an die Sekundärwicklung 18 eines Summenstromwandlers 20 angeschlossen, dessen nur sche­ matisch angedeuteter Ringkern 22 von den Leitern P und N auf der Verbraucherseite der Schaltkontakte 10 durchgesetzt wird.For mechanical unlocking of the switching mechanism is a (not shown) trigger that is useful in connection with the invention He holding a magnetic release. Its development is shown at 14 . The excitation winding 14 is connected via a designated in their entirety by 16 elec tronic trigger circuit to the secondary winding 18 of a summation current transformer 20 whose only cal diagrammatically indicated ring core 22 is enforced by the conductors P and N on the consumer side of the switch contacts 10 .

Die elektronische Schaltung arbeitet im dargestellten Aus­ führungsbeispiel mit positiven Polaritäten und enthält hier­ zu eine an die Sekundärwicklung 18 des Summenstromwandlers 20 angeschlossene Gleichrichterbrückenschaltung 24 mit vier Dioden 26, an deren positive Ausgangsklemme ein isolierter Sammelleiter 28 angeschlossen ist. Die negative Ausgangs­ klemme der Gleichrichterbrückenschaltung 24 ist an Masse angeschlossen. Der Sammelleiter 28 endet am Eingang eines elektronischen Ventils 30, das der Erregerwicklung l 4 des Auslösers sowie einer antiparallel geschalteten Freilauf­ diode 32 unmittelbar vorgeschaltet ist. Die Zweitanschlüs­ se der Erregerwicklung l 4 und der Freilaufdiode 32 liegen an Masse.The electronic circuit operates in the illustrated exemplary embodiment with positive polarities and contains here to a connected to the secondary winding 18 of the summation current transformer 20 rectifier bridge circuit 24 with four diodes 26 , at the positive output terminal, an insulated bus bar 28 is connected. The negative output terminal of the rectifier bridge circuit 24 is connected to ground. The bus bar 28 terminates at the entrance of an electronic valve 30 , the exciter winding l 4 of the trigger and an antiparallel-connected freewheeling diode 32 is connected immediately upstream. The Zweitanschlüs se of the excitation winding l 4 and the freewheeling diode 32 are grounded.

Das elektronische Ventil 30 kann ein Thyristor sein. Im Ausführungsbeispiel besteht es hingegen aus einem PNP-Tran­ sistor 34 und einem NPN-Transistor 36 in Kaskadenschaltung, indem die Kollektoren und Basen durch Leitungen 38, 40 wech­ selweise miteinander verbunden sind. Der Emitter des NPN- Transistors 36 ist an die Erregerwicklung l 4 bzw. die Zener­ diode 32 angeschlossen. Zwischen der Sammelleitung 28 und der Basis des PNP-Transistors 34 liegt außerdem ein ohm­ scher Widerstand 42 zum Vorspannen der Basis des Transi­ stors 34 gemeinsam mit dem Widerstand 70.The electronic valve 30 may be a thyristor. In the embodiment, however, it consists of a PNP Tran sistor 34 and an NPN transistor 36 in cascade by the collectors and bases are connected by lines 38 , 40 wech selweise together. The emitter of the NPN transistor 36 is connected to the field winding l 4 and the Zener diode 32 . Between the bus 28 and the base of the PNP transistor 34 also has an ohmic resistor 42 for biasing the base of the Transi stors 34 together with the resistor 70th

Im übrigen liegen zwischen der Sammelleitung 28 und Masse folgende eleketronische Schaltkomponenten: Incidentally, the following electronic switching components are located between the bus 28 and ground:

• - eine Zenerdiode 44,a Zener diode 44 ,
• - ein Speicherkondensator 46,a storage capacitor 46 ,
• - ein RC-Glied 48.an RC element 48 .

Der Speicherkondensator 46 ist so groß bemessen, daß er beim Auftreten eines Fehlerstroms sowohl die zum Erregen des Auslösers erforderliche Energie als auch die Energie zur Versorgung der Komponenten der elektronischen Schal­ tung zu speichern vermag.The storage capacitor 46 is sized so large that it is capable of storing both the energy required to energize the trigger as well as the energy for supplying the components of the electronic scarf device when a fault current occurs.

Das RC-Glied 48 enthält einen Verzögerungskondensator 50, dem ein erster ohmscher Widerstand 52 und parallel zu die­ sem die Reihenschaltung einer Zenerdiode 54 und eines zwei­ ten ohmschen Widerstandes 56 vorgeschaltet sind.The RC element 48 includes a delay capacitor 50 , to which a first ohmic resistor 52 and parallel to the sem, the series connection of a Zener diode 54 and a two th ohmic resistor 56 are connected upstream.

Die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 44 ist etwa der­ jenigen Spannung angepaßt, die beim 5fachen Nennfehler­ strom (5 I _n ) an den Ausgangsklemmen der Gleichrichter­ brückenschaltung 24 auftritt. Sie verhindert zum einen Überspannungen an den Schaltungskomponenten der elektro­ nischen Schaltung 16 und zum anderen sorgt sie dafür, daß bei Fehlerströmen größer als 5I _n die von der Aufladung des Verzögerungskondensators 50 über die parallel geschal­ teten ohmschen Widerstände 52, 56 bestimmte Auslösezeit nicht weiter vermindert wird.The breakdown voltage of the Zener diode 44 is approximately adapted to the voltage that occurs at 5 times the nominal fault current ( 5 I _n ) at the output terminals of the rectifier bridge circuit 24 . It prevents on the one hand overvoltages on the circuit components of the electro-American circuit 16 and on the other hand it ensures that at fault currents greater than 5 I _n from the charging of the delay capacitor 50 via the parallel geschal ended ohmic resistors 52 , 56 certain trip time is not further reduced becomes.

An die Verbindungsstelle 58 zwischen den Widerständen 52, 56 und dem Verzögerungskondensator 50 ist eine CMOS-Logik 60 angeschlossen, die aus einem Eingangswiderstand 62, drei hintereinander geschalteten NAND-Gattern 64, 66, 68 und einem Ausgangswiderstand 70 besteht. Der Zweitanschluß des Ausgangswiderstandes 70 ist an einer Stelle 72 mit der Basis des PNP-Transistors 34, der zum Kollektor des NPN-Transistors 36 führenden Leitung 40 und dem Wider­ stand 42 verbunden. Alle Eingänge jedes NAND-Gatters 64, 66, 68 sind miteinander verbunden und gemeinsam an den Ausgang der davor liegenden Schaltungskomponen­ te angeschlossen.To the junction 58 between the resistors 52 , 56 and the delay capacitor 50 , a CMOS logic 60 is connected, which consists of an input resistor 62 , three series-connected NAND gates 64 , 66 , 68 and an output resistance 70 . The second terminal of the output resistor 70 is connected at a point 72 to the base of the PNP transistor 34 , the leading to the collector of the NPN transistor 36 line 40 and the counter 42 was connected. All inputs of each NAND gate 64 , 66 , 68 are connected together and connected in common to the output of the preceding Schaltungskomponen te.

Zwischen den Verbindungsstellen 58 und 72 verläuft parallel zur CMOS-Logik 60 eine Leitung 74 mit einer in Vorwärtsrich­ tung gepolten Diode 76, deren Funktion an späterer Stelle erläutert wird, und parallel zum Widerstand 42 ist ein Kondensator 78 geringer Kapazität zur Ableitung von Para­ sitenströmen geschaltet.Between the connection points 58 and 72 runs parallel to the CMOS logic 60, a line 74 with a poled forward direction in the forward direction diode 76 , whose function will be explained later, and parallel to the resistor 42 is a capacitor 78 of small capacity for the derivation of Para sitenströmen ,

Die Wirkungsweise der vorbeschriebenen Auslöseschaltung ist folgende:The operation of the above-described trigger circuit is the following:

Solange auf der Verbraucherseite des Fehlerstromschutzschal­ ters kein Fehlerstrom fließt, ist die Durchflutung des Ringkerns 22 des Summenstromwandlers 20 "Null", und in der Sekundärwicklung 18 des Summenstromwandlers 20 wird keine Spannung induziert.As long as no fault current flows on the consumer side of the residual current circuit breaker age, the flux of the toroidal core 22 of the summation current transformer 20 is "zero", and in the secondary winding 18 of the summation current transformer 20 , no voltage is induced.

Tritt nun auf der Verbraucherseite des Fehlerstromschutzschal­ ters ein Fehlerstrom auf, der ein Wechselfehlerstrom oder ein pulsierender Gleichfehlerstrom oder auch beides sein kann, wird das Gleichgewicht der entgegengesetzt fließen­ den Ströme in den Leitern P und N gestört. Die hierdurch auftretende Durchflutung des Ringkerns 22 induziert in der Sekundärwicklung 18 eine Spannung, die einen in der Gleichrichterbrückenschaltung 24 gleichgerichteten Strom­ fluß über den Sammelleiter 28 zum Kondensator 46 bewirkt, der den Kondensator 46 auflädt. Diese Aufladung erfolgt, wie die Kurve V ₁ in Fig. 2 zeigt, nach einer e-Funktion und wird im wesentlichen bestimmt durch die Impedanz der Sekundärwicklung 18 und der Gleichrichterbrückenschaltung 24 in Verbindung mit der Kapazität des Kondensators 46. Now occurs on the consumer side of the residual current circuit breaker age a fault current, which may be an AC residual current or a pulsating DC fault current or both, the balance of the opposite flow to the currents in the conductors P and N is disturbed. The thereby occurring flux of the ring core 22 is induced in the secondary winding 18 a voltage that river a rectified in the rectifier bridge circuit 24 via the power bus bar 28 to the condenser 46 causes the charging capacitor 46th This charging takes place, as curve V ₁ in FIG. 2 shows, by an e- function and is essentially determined by the impedance of the secondary winding 18 and the rectifier bridge circuit 24 in conjunction with the capacitance of the capacitor 46 .

Die Höhe des hierbei erreichten Potentials an der Lei­ tung 28 richtet sich zunächst nach der Größe des Fehler­ stroms und wird schließlich nach Erreichen der Durch­ bruchsspannung der Zenerdiode 44 durch diese begrenzt.The height of the potential reached here on the Lei device 28 depends first on the size of the fault current and is finally limited after reaching the breakdown voltage of the zener diode 44 by this.

Die sich am Speicherkondensator 46 aufbauende Spannung liegt über die Sammelleitung 28 auch an dem RC-Glied 48 an und bewirkt, daß sich auch der Verzögerungskondensa­ tor 50 auflädt.The build-up on the storage capacitor 46 voltage is applied to the RC element 48 via the bus 28 and causes the delay capacitor 50 to charge as well.

Diese Aufladung erfolgt jedoch,wie der Verlauf der Spannung V ₂ am Verzögerungskondensator 46 in Fig. 2 zeigt, gegenüber der des Speicherkondensators weiter verzögert. Diese Ver­ zögerung wird zunächst durch den Widerstand 52 hervorge­ rufen, dessen Widerstandswert zusammen mit der Kapazität des Verzögerungskondensators 50 eine erste Verzögerungs­ konstante T 1 liefert. Erst wenn bei entsprechend großer Ladespannung des Speicherkondensators 46 die Durchbruchs­ spannung der Zenerdiode 54 erreicht wird, schaltet diese den ohmschen Widerstand 56 zum Widerstand 52 parallel, und die Aufladung des Verzögerungskondensators 50 er­ folgt mit einer zweiten Zeitkonstanten T 2, die kleiner als T 1 ist und demzufolge die Aufladung des Verzögerungs­ kondensators 50 beschleunigt.However, this charging takes place, as the curve of the voltage V ₂ on the delay capacitor 46 in FIG. 2 shows, with respect to that of the storage capacitor further delayed. This delay will initially be evoked by the resistor 52 whose resistance, together with the capacitance of the delay capacitor 50, provides a first delay constant T 1 . Only when the breakdown voltage of the Zener diode 54 is achieved with a correspondingly large charging voltage of the storage capacitor 46, it switches the resistor 56 to resistor 52 in parallel, and the charging of the delay capacitor 50 it follows with a second time constant T 2, which is less than T 1 and consequently the charging of the delay capacitor 50 accelerates.

Die sich am Verzögerungskondensator 50 aufbauende Spannung liegt auch am Eingang der CMOS-Schaltung 60 an. Das erste NAND-Gatter 64 wirkt wie ein Vergleicher und schaltet beim Erreichen eines bestimmten Spannungsniveaus an seinen Ein­ gängen das Ausgangssignal von 1-Niveau auf 0-Niveau um. Dementsprechend schalten auch die NAND-Gatter 66, 68 um, und zwar das NAND-Gatter 66 von 0-Niveau auf 1-Niveau und das NAND-Gatter 68 wiederum von 1-Niveau auf 0-Niveau, wobei die Umschaltungen von Gatter zu Gatter immer ausge­ prägter verlaufen. Die letzte Umschaltung durch das NAND- Gatter 68 von 1-Niveau auf 0-Niveau bewirkt an der Basis des angeschlossenen Transistors 34, daß zunächst dieser Transistor und als Folge auch der Transistor 36 aufgesteuert werden, d. h. also das elektronische Ventil 30 öffnet, wo­ durch sich der Speicherkondensator 46 über die Erregerwick­ lung 14 zu entladen vermag. Diese Entladung betätigt den Auslöser, der das Schaltschloß 12 entklinkt und die Schalt­ kontakte 10 öffnet.The voltage building up on the delay capacitor 50 is also present at the input of the CMOS circuit 60 . The first NAND gate 64 acts as a comparator and, upon reaching a certain voltage level at its inputs, switches the output signal from 1 level to 0 level. Accordingly, NAND gates 66 , 68 also switch NAND gate 66 from 0 level to 1 level and NAND gate 68 again from 1 level to 0 level, with gate to gate switching always more embossed. The last switching by the NAND gate 68 from 1 level to 0 level causes at the base of the connected transistor 34 , that initially this transistor and as a result, the transistor 36 are turned on, that is, the electronic valve 30 opens, where the storage capacitor 46 is able to discharge via the exciter winding 14 . This discharge actuates the trigger, which unlatches the switching mechanism 12 and the switching contacts 10 opens.

Die Umschaltung des Potentials am Ausgang des NAND-Gatters 68 und damit an der Verbindungsstelle 72 von 1-Niveau auf 0-Niveau hat die weitere Folge, daß sich der Verzögerungs­ kondensator 50 über die Diode 76 augenblicklich zu ent­ laden vermag. Dadurch wird sichergestellt, daß der Ver­ zögerungskondensator bei erneuter Einschaltung des Fehler­ stromschutzschalters entladen ist.The switching of the potential at the output of the NAND gate 68 and thus at the junction 72 from 1 level to 0 level has the further consequence that the delay capacitor 50 via the diode 76 is able to load instantly ent. This ensures that the Ver delay capacitor is discharged at renewed activation of the fault current circuit breaker.

Die Fig. 3 und 4 zeigen als Ergebnisse von Messungen an ein und demselben Fehlerstromschutzschalter, daß die im Beispielsfall von der deutschen VDE-Vorschrift 0664 vor­ geschriebenen Toleranzgrenzen für die Auslösezeiten bei Fehlerwechselstrom (Fig. 3) und bei Fehlergleichströmen mit unterschiedlichen Steuerwinkeln von 0°, 90° und 135° (Fig. 4) eingehalten werden. Diese Grenzen betragen ge­ mäß Ziff. 25, Tabelle 4 der genannten Vorschrift FIGS. 3 and 4 show the results of measurements on one and the same fault current circuit breaker that the case of the example from the German VDE regulations 0664 before written tolerance limits for the release times of error AC (Fig. 3) and DC fault currents having different control angles of 0 ° , 90 ° and 135 ° ( FIG. 4). These limits are in accordance with para. 25, Table 4 of that provision

wobei I _{Δ n} der Nennfehlerstrom des Schalters ist, und sind in den beiden Diagrammen durch dünne Verbindungslinien t _{A min} bzw. t _{A max} veranschaulicht. Ferner sind mit i die Fehlerstromgrenzen bezeichnet, bis zu denen gemäß Ziff. 11.2 Fehlerstromschutzschalter nicht auslösen dürfen. Sie betragen bei Wechsel-Fehlerstrom (Fig. 3) 0,5 I _{Δ n} und bei Gleich-Fehlerstrom (Fig. 4) je nach dem Steuerwinkel α in whichI _{Δ n} the rated residual current of the switch is,  and are in the two diagrams by thin connecting lines t _{A min} or.t _{A max} illustrated. Furthermore, with i the fault current limits referred to up to those according to Para. 11.2 Do not trip the residual current circuit breaker. They amount to with alternating fault current (FIG. 3) 0,5I _{Δ n}  and at DC fault current (FIG. 4) depending on the control angle α

α = 0° el α = 0 ° el i₀ = 0,35 I _{Δ n} i₀ = 0.35I _{Δ n} α = 90° el α = 90 ° el i₉₀ = 0,25 I _{Δ n} i₉₀ = 0.25I _{Δ n} α = 135° el α = 135 ° el i₁₃₅ = 0,11 I _{Δ n} i₁₃₅ = 0.11I _{Δ n}

Die gemessenen Auslösezeiten sind durch dicke Linien t _A - bei Gleichfehlerströmen mit verschiedenen Steuerwinkeln durch diesen als Indexzusatzunterschieden - miteinander verbunden und zeigen, daß die obigen Grenzwerte im gesamten Bereich vonThe measured trip times are interconnected by thick lines t _A - for DC fault currents with different steering angles through them as index addition differences - and show that the above limits are within the full range of

problemlos eingehalten werden können.can be easily complied with.

Der Widerstand 52 ist vorzugsweise einstellbar ausgebildet und wird so eingestellt, daß bei Nennfehlerstrom eine Zeit­ verzögerung von 250 ms erhalten wird.The resistor 52 is preferably formed adjustable and is adjusted so that at a nominal fault current a time delay of 250 ms is obtained.

Claims (8)

1. Selektiver Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler und einem Auslöser, dessen Er­ regerwicklung an die Sekundärwicklung des Summen­ stromwandlers über eine elektronische Auslöse­ schaltung angeschlossen ist, die eine Gleichrich­ terbrückenschaltung, einen unmittelbar an deren Ausgangsklemmen angeschlossenen Ladekondensator und einen Verzögerungskondensator enthält, da­ durch gekennzeichnet, daß

• - der Ladekondensator (46) als Speicher für die zum Betätigen des Auslösers erforder­ liche Energie sowie die Energieversorgung der elektronischen Schaltung (16) bemessen ist,
• - der Erregerwicklung (14) des Auslösers ein steuerbares elektronisches Ventil (30) vor­ geschaltet ist und
• - der Verzögerungskondensator (50) Teil eines an den Ladekondensator parallel zu dem elek­ tronischen Ventil (30) und der Erregerwick­ lung (14) des Auslösers geschalteten RC- Gliedes (48) ist, von dessen beim Aufladen des Ladekondensators (46) verzögert anstei­ gender Spannung das elektronische Ventil (30) über eine CMOS-Logik (60) ansteuerbar ist.

1. Selective residual current circuit breaker with a summation current transformer and a trigger, which is connected to the secondary winding of the summation current transformer via an electronic tripping circuit, which includes a rectifier terbrückenschaltung, a directly connected to the output terminals charging capacitor and a delay capacitor, characterized in that

• the charging capacitor ( 46 ) is dimensioned as a memory for the energy required to actuate the trigger and the power supply of the electronic circuit ( 16 ),
• - The exciter winding ( 14 ) of the trigger a controllable electronic valve ( 30 ) is connected in front and
• - The delay capacitor ( 50 ) is part of a connected to the charging capacitor in parallel to the electronic version of the valve ( 30 ) and the exciter Wick development ( 14 ) of the trigger RC element ( 48 ), of which when charging the charging capacitor ( 46 ) delayed anstei gender Voltage the electronic valve ( 30 ) via a CMOS logic ( 60 ) can be controlled.

2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß inner­ halb des RC-Gliedes (48) zu einem ersten, mit dem Ver­ zögerungskondensator (50) in Reihe liegenden ohmschen Widerstand (52) die Reihenschaltung eines zweiten ohm­ schen Widerstandes (56) und einer Zenerdiode (54) pa­ rallel geschaltet ist.2. Residual current circuit breaker according to claim 1, characterized in that inner half of the RC element ( 48 ) to a first, with the United delay capacitor ( 50 ) in series ohmic resistance ( 52 ), the series connection of a second ohm's resistance ( 56 ) and a zener diode ( 54 ) is connected in parallel. 3. Fehlerstromschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die CMOS-Logik (60) aus mehreren hintereinan­ der geschalteten UND- oder NAND-Gattern (64, 66, 68) mit unter sich verbundenen Eingängen besteht, wobei die Ein­ gänge des ersten Gatters (64) über einen dritten ohmschen Widerstand (62) an die Verbindung (58) zwischen dem Ver­ zögerungskondensator (50) und dem ersten ohmschen Wider­ stand (52) im RC-Glied (48) angeschlossen sind und der Ausgang des letzten Gatters (68) über einen vierten ohm­ schen Widerstand (70) an die Steuerelektrode des elek­ tronischen Ventils (30) geführt ist.3. Residual current circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized in that the CMOS logic ( 60 ) consists of several hineinan the switched AND or NAND gates ( 64 , 66 , 68 ) with interconnected inputs, wherein the A courses the first gate ( 64 ) via a third ohmic resistor ( 62 ) to the connection ( 58 ) between the Ver delay capacitor ( 50 ) and the first ohmic counterclaim ( 52 ) in the RC element ( 48 ) are connected and the output of the last Gates ( 68 ) via a fourth ohm's resistance ( 70 ) to the control electrode of the electronic version valve ( 30 ) is guided. 4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die CMOS-Logik aus drei NAND-Gattern (64, 66, 68) besteht.4. Residual-current circuit breaker according to claim 3, characterized in that the CMOS logic consists of three NAND gates ( 64 , 66 , 68 ). 5. Fehlerstromschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Ventil (30) ein Thyristor ist.5. Residual current circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic valve ( 30 ) is a thyristor. 6. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Ventil von einem PNP- und einem NPN-Transi­ stor (34 bzw. 36) in Kaskadenschaltung gebildet ist, deren Kollektoren und Basen wechselweise miteinander verbunden sind, wobei der Ausgang (72) der CMOS-Logik (60) an die Basis des PNP-Transistors (34) herangeführt ist. 6. Residual current circuit breaker according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electronic valve of a PNP and an NPN Transi stor ( 34 or 36 ) is formed in cascade, whose collectors and bases are alternately connected to each other, wherein the Output ( 72 ) of the CMOS logic ( 60 ) to the base of the PNP transistor ( 34 ) is introduced. 7. Fehlerstromschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der CMOS-Logik (60) eine Diode (76) parallel geschaltet ist.7. Residual current circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized in that the CMOS logic ( 60 ), a diode ( 76 ) is connected in parallel. 8. Fehlerstromschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß parallel zu dem Ladekondensator (46) eine Ze­ nerdiode (44) geschaltet ist, deren Durchbruchsspannung wenigstens angenähert der beim 5fachen Nennfehlerstrom auftretenden Ausgangsspannung an der Gleichrichterbrük­ kenschaltung (24) entspricht.8. Residual current circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized in that parallel to the charging capacitor ( 46 ) is connected to a Ze ner diode ( 44 ) whose breakdown voltage at least approximately the output voltage occurring at 5 times the nominal fault current at the Gleichrichterbrük kenschaltung ( 24 ).