DE4343560A1 - Fehlerstromschutzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Fehlerstromschutzschalter sind hochempfindliche Schutzeinrichtun­ gen, die einen im Fehlerfall fließenden Erdschlußstrom von weni­ gen mA erkennen, diesen Erdschlußstrom auswerten und mittels einer Kinematik die Kontakte des gefährdeten Stromkreises unter­ brechen. In der Praxis, insbesondere durch Großversuche, hat es sich gezeigt, daß ein großer Anteil eingebauter Fehlerstrom­ schutzschalter die an ihn gestellten Anforderungen nicht erfüllt. Grund hierfür ist das ungünstige Verhältnis zwischen der durch den Fehlerstrom bestimmten geringen Auslöseenergie von ca. 50 µVA und den großen benötigten Arbeitsaufwand zur Trennung der Kon­ takte des zugehörigen Schalters. In stationären Anlagen wird aus Betriebsgründen als Auslöser überwiegend das Haltemagnetprinzip angewandt, d. h. ein Permanentmagnetrelais wird durch den Fehler­ strom entregt und entklinkt ein zugeordnetes Schaltschloß.

Weiterhin sind Fehlerstromschutzschalter bekannt, die als Aus­ löser eine nach dem Ruhestromprinzip arbeitende Einrichtung aufweisen und sich selbst überwachen, d. h. bei Ausfall schal­ tungsseitiger Bauteile abgeschaltet werden, d. h. in einen gefahr­ losen Zustand versetzt werden.

Den bekannten Fehlerstromschutzschaltern haftet jedoch der Nach­ teil an, daß ihre Betriebssicherheit, insbesondere bei einem Netzspannungsausfall mittlerer Zeitdauer, nicht gewährleistet ist. Dies bedeutet, daß der Fehlerstromschutzschalter bei einem Netzspannungsausfall mittlerer Zeitdauer den zugehörigen Strom­ kreis unterbricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fehlerstrom­ schutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu verbessern, daß insbesondere bei Netzspannungsausfällen mit mittlerer Zeitdauer die Betriebssicherheit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Die Erfindung schafft einen betriebssicheren, in seiner Funktion robusten Fehlerstromschutzschalter, der bei Netzspannungsaus­ fällen mit mittlerer Zeitdauer eine Unterbrechung des zugehörigen Stromkreises vermeidet.

Gemäß der Erfindung wird der Unterspannungsauslöser durch eine Speicherschaltung gehalten, solange kurzzeitige Netzausfälle auftreten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird als Spei­ cherschaltung ein netzgepufferter Akku verwendet. Nach einer weiteren Ausführungsform wird als Speicherschaltung ein Speicher­ kondensator, insbesondere ein sogenannter Goldkondensator be­ nutzt, der aufgrund seiner großen Speicherkapazität auch längere Netzausfälle überbrückt.

Der erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschalter arbeitet derart, daß bei einem Unterspannungsauslöser in Form eines Relais im Fehlerfall die Spule des Relais durch die im Summenstromwandler induzierte Spannung über eine Verstärkerschaltung kurzgeschlossen wird, der Anker des Relais abfällt und die Schaltkontakte des zugehörigen Stromkreises geöffnet werden. Netzausfälle bis zu einigen Stunden haben dagegen zur Folge, daß das Relais sicher abfällt und der zugehörige Stromkreis geöffnet wird, d. h. der Fehlerstromschutzschalter ist betriebssicher.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Vorteile und Merk­ male beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fehlerstromschutz­ schalters mit einer Speicherschaltung zur Überbrückung kurzzeitiger Netzausfälle, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Fehlerstromschutzschalters unter Anwendung des in Verbindung mit Fig. 1 beschrie­ benen Prinzips.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fehlerstrom­ schutzschalters mit einem Summenstromwandler 1 und dem zugehöri­ gen, überwachten Stromkreis 2. Der Summenstromwandler 1 ist über eine Wicklung 5 mit einer Steuerschaltung 6 verbunden, die ein Relais 20 zur Betätigung von Kontakten 22 steuert. Die Kontakte 22 liegen im Kreis der mit 3 und 4 bezeichneten Phasenleiter.

Mittels einer Prüftaste 12, läßt sich die Betriebsfähigkeit des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters überprüfen.

Zur Überbrückung kurzzeitiger Netzausfälle ist gemäß der Erfin­ dung eine Speicherschaltung 9 vorgesehen, die beispielsweise in Form eines netzgepufferten Akkus ausgebildet ist und mit der Steuerschaltung 6 in Verbindung steht, um bei kurzzeitigen Netz­ ausfällen eine Deaktivierung des Unterspannungsauslösers 22, vorzugsweise in Form eines Relais, zu verhindern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist als Speicherschaltung ein netzgepufferter Akku vorgesehen, der jedoch durch einen Speicherkondensator, insbesondere durch einen sogenannten Gold­ kondensator ersetzt sein kann. Mit einem derartigen netzgepuffer­ ten Speicher 9 lassen sich Netzausfälle ohne weiteres bis zu mehreren Stunden überbrücken, d. h. der Fehlerstromschutzschalter spricht bei Netzausfällen in der vorerwähnten Größenordnung nicht an.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Fehlerstromschutzschalters und Fig. 3 eine Detailschaltung des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters.

Im folgenden wird auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Fehlerstrom­ schutzschalters. Gemäß Fig. 2 ist die Speicherschaltung 9 mit dem Unterspannungsauslöser 20 vorzugsweise über die Steuerschaltung 6, und einem Spannungsspeisekreis 14 gekoppelt. Die in Fig. 2 gezeigte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fehler­ stromschutzschalters ist eingangsseitig der Steuerschaltung 6 mit dem Summenstromwandler 1 versehen. Eine durch einen Differenz­ strom im Summenstromwandler 1 induzierte Spannung U_w wird einem Eingangskreis 7 der Steuerschaltung 6 zugeführt. Der Eingangs­ kreis 7 dient der Amplitudenbegrenzung der Spannung U_w und fil­ tert überlagerte Störsignale heraus. An den Eingangskreis 7 der Steuerschaltung 6 ist ein Verstärker 8 angeschlossen, der die Ausgangsspannung des Eingangskreises auf einen vorbestimmten Pegel für eine nachgeschaltete Grenzwertschaltung 16 verstärkt. Die Grenzwertschaltung 16, die ebenfalls in die Steuerschaltung 6 integriert sein kann, enthält einen Komperator, der bei Über­ schreitung sowohl eines positiven als auch eines negativen Aus­ lösewertes durch die Eingangsspannung der Grenzwertschaltung derart auf den Haltemagnet 20 bzw. ein Relais 20 wirkt, daß die Schaltkontakte 22 geöffnet werden.

Der Spannungsspeisekreis 14 weist ein Netzgerät 14a auf, welches die Stromversorgung sicherstellt. Dem Netzgerät 14a ist ein Überspannungsschutz 14b vorgeschaltet. Bei Ausfall der Netzspan­ nung übernimmt die Speicherschaltung 9 die Stromversorgung. Bei angeschlossenem, normal funktionierendem Spannungsspeisekreis 14 werden die Bauteile der Speicherschaltung 9 bzw. die Speicher­ schaltung 9 auf Nennspannung gehalten.

Fällt sowohl der Spannungsspeisekreis 14 als auch die Speicher­ schaltung 9 aus, tritt am Unterspannungsauslöser bzw. Haltemagnet 20 eine Unterspannung auf, welche über das Schaltschloß 21 die Schaltkontakte 22 öffnet, infolgedessen die Speisung zugeschalte­ ter Geräte unterbrochen wird.

Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Speicherschaltung 9 wird damit insbesondere bei einem Netzspannungsausfall mittlerer Zeitdauer die Betriebssicherheit durch Anlegen der in der Spei­ cherschaltung gespeicherten Spannung gewährleistet. Zusätzlich ist eine Selbstüberwachung des Fehlerstromschutzschalters bei Ausfall eines Bauelementes möglich.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Speicherschaltung 9 zur Über­ brückung von Netzausfällen mittlerer Zeitdauer kann auch bei einer Schaltung angewandt werden, wie sie aus der EP 220 408 oder der US 3,786,356 bekannt ist.

Claims (4)

1. Fehlerstromschutzschalter, insbesondere zur Isolations­ überwachung elektrischer Stromkreise, mit einem Summenstromwandler, der eine wenigstens aus Pha­ senleiter und neutralem Leiter gebildete Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, die über eine Steuerschal­ tung einen auf Schaltkontakte einwirkenden Haltemagneten steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltemagnet (20) mit einer Stromversorgung (14) sowie einer Speicherschaltung (9) verbunden ist.

2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Speicherschaltung (9) ein netzgepufferter Akku vorgesehen ist.

3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speicherschaltung (9) durch einen Spei­ cherkondensator gebildet ist.

4. Fehlerstromschutzschalter nach wenigstens einem der vor­ angehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Unter­ spannungsauslöser (20) ein Relais ist.