SE447684B - FELSTROMSSKYDDSOMKOPPLARE - Google Patents

Description

447 684 2 ningsenergin var väsentligt högre än vid de direkta kopplin- garna utan elektriska energimatningskopplingar, ledde konkur- rensen med trenden till allt lägre priser och mindre dimensio- ner för felströmsskyddsomkopplarna till att pulsutlösningen endast användes för specialomkopplare (t.ex. nollednings- skyddsomkopplare). I denna konkurrens användes då även osak- liga argument, exempelvis kravet på extremt korta frånkopp- lingstider, vilket principiellt leder till svårigheter vid matnings- eller lagringskopplingar. I dag vet man på grund av resultaten från den moderna elektropatologin att frånkopp- lingstiden för skyddsomkopplaren inte har någon särskild bety- delse för skyddet mot direkt och vid indirekt beröring, så länge som den är mindre än 0,2 sekunder. Allt för korta från- kopplíngstider och onödigt hög utlösningskänslighet leder endast till felutlösning genom i och för sig tillåtna avled- ningsströmmar eller vid koppling av kablar och vid uppträdande av atmosfäriska överspänningar. Speciellt i friledningsnät har därigenom ekonomiska skador uppkommit (frysbehållare). 447 684 2 energy was significantly higher than with the direct connections without electrical energy supply connections, the competition with the trend led to ever lower prices and smaller dimensions for the residual current circuit breakers, so that the pulse tripping was only used for special switches (eg neutral circuit protection switches ). In this competition, unreasonable arguments were also used, for example the requirement for extremely short disconnection times, which in principle leads to difficulties in supply or storage connections. Today, due to the results of modern electropathology, it is known that the switch-off time of the protection switch has no special significance for protection against direct and indirect contact, as long as it is less than 0.2 seconds. Excessively short disconnection times and unnecessarily high tripping sensitivity only lead to faulty tripping through per se permitted discharge currents or when connecting cables and when atmospheric overvoltages occur. Especially in free-range networks, this has resulted in financial damage (freezer containers).

Väsentligt viktigare är funktionssäkerheten för skyddsom- kopplaren, och här har den ovan skildrade utvecklingen visat ogynnsamma resultat. Man har alltid utvecklat känsligare ut- lösare, varvid tillverkningsproblemen och miljöinverkan knappast längre kan behärskas. I dag visar kontrollerna av anläggningarna att några procent av de inbyggda felströms- skyddsomkopplarna ej är funktionsdugliga. Detta är ett ohåll- bart läge som ger anledning till större omsorg.Significantly more important is the functional safety of the protection switch, and here the development described above has shown unfavorable results. More sensitive triggers have always been developed, whereby manufacturing problems and the environmental impact can hardly be controlled anymore. Today, the inspections of the plants show that a few percent of the built-in residual current circuit-breaker switches are not functional. This is an unsustainable situation that gives rise to greater care.

En lösning på detta allvarliga problem medför å ena sidan införingen av nollan, vilken tillsammans med felströmsskydds- omkopplare möjliggör en ytterst högvärdig och tillförlitlig skyddsåtgärd i form av den sdm nollskyddskopplingen, och å andra sidan i nät, i vilka nollan ej är tillåten, seriekopp- lingen av två felströmsskyddsomkopplare. I princip skall där- vid den sist kopplade omkopplaren kopplas selektivt, dans. vid ett fel frånkopplas endast den av densamma skyddade in- stallationen och den först kopplade kopplaren, som i fördel- ningen skyddar flera anläggningsdelar, förblir inkopplad.A solution to this serious problem entails, on the one hand, the introduction of the zero, which together with a residual current circuit breaker enables an extremely high-quality and reliable protection measure in the form of the sdm neutral protection connection, and on the other hand in networks in which the zero is not permitted, series connection of two residual current circuit breakers. In principle, the last connected switch must be connected selectively, dance. in the event of a fault, only the installation protected by it is switched off and the first connected coupler, which in the distribution protects several system parts, remains switched on.

Detta krav kan på enkelt sätt uppfyllas av energilagringskopp- lingen. Denna koppling undviker även ovannämnda felutlösningar J) 447 684 3 vid atmosfäriska överspänningar, ja den möjliggör t.o.m. in- byggnad av överspänningsavledare efter FI-skyddsomkopplarna.This requirement can easily be met by the energy storage connection. This coupling also avoids the above-mentioned fault triggers J) 447 684 3 at atmospheric overvoltages, yes it enables t.o.m. installation of surge arresters after the FI protection switches.

Under aktiveringen av överspänningsavledarna flyter ju ström under kort tid (under 10 ms) till jord, genom FI-skyddsomkopp- laren med direkt utlösning utan elektrisk energilagringskopp- ling för frånkoppling.During the activation of the surge arresters, current flows for a short time (less than 10 ms) to earth, through the FI protection switch with direct tripping without electrical energy storage connection for disconnection.

Nu är det så, att lämpliga halvledarbyggelement, som är billiga och har små dimensioner och kan ersätta glimlamporna som kopplingselement, varit tillgängliga endast under senare tid. Med kopplingsspänningar som ligger kring tio volt möjlig- gör de små sekundärvarvtal i summaströmomvandlaren och nästan godtyckliga utlösningskaraktäristikor för skyddsomkopplaren.Now it is the case that suitable semiconductor building elements, which are inexpensive and have small dimensions and can replace the glow lamps as coupling elements, have only been available recently. With switching voltages around ten volts, they enable small secondary speeds in the sum current converter and almost arbitrary tripping characteristics for the protection switch.

För att även kondensatorn skall hållas liten används med för- del permanentmagnetutlösare, vilka man kan inställa mindre kri- tiskt och vilka man kan låta arbeta med större utlösnings- krafter än vid de direkta kopplingarna utan elektrisk energi- lagringskoppling. För att uppnå en vid ekonomiska grunddimen- sioner för summaströmomvandlaren för beröringsskyddet gynnsam form av FI-skyddsomkopplarens utlösningskaraktäristik förses enligt uppfinningen sekundärlindningen med ett lindningsvarv- tal, som ligger över 100. Permanentmagnetutlösarens aktive- ringslindning måste förses med ett lindningstal, som för den använda felströmsutlösaren vid urladdningen av kondensatorn ger den gynnsammaste formen för utlösningspulsen. Detta är enklast möjligt med den s.k. polariserade permanentmagnetutlö- saren, vars aktiveringskrets uppvisar en luftspaltl Därigenom kan aktiveringslindningen framställas i lindningsmaskiner och tillverkningen i hög grad automatiseras.In order to keep the capacitor small, permanent magnet triggers are used to advantage, which can be set less critically and which can be operated with greater tripping forces than with the direct connections without electrical energy storage connection. In order to achieve a favorable form of the FI protection switch's tripping characteristic in the basic economic dimensions of the sum current converter for the contact protection, the secondary winding according to the invention is provided with a winding speed exceeding 100. The permanent magnet trigger activation winding must be provided with a when discharging the capacitor gives the most favorable shape of the trip pulse. This is most easily possible with the so-called polarized permanent magnet trigger, the activation circuit of which has an air gap. As a result, the activation winding can be produced in winding machines and the production is highly automated.

Det moderna konceptet för en felströmsskyddsomkopplare måste dock även behärska utlösning vid pulserande likströmmar.However, the modern concept of a residual current circuit breaker must also control tripping at pulsating direct currents.

Det har ju varit känt att FI-skyddsomkopplare endast kan vara verksamma vid växelström. Om felströmmen har strömkomponenter påverkas skyddsomkopplaren ogynnsamt vad gäller dess utlös- ningskänslighet. Då allt fler elektroniska byggelement används i hushållsapparater måste emellertid även likströmsproblemet lösas, varvid det visar sig att vid de i praktiken vid elekt- riska hushållsapparater använda kopplingarna vid en kropps- strömslutning den flytande felsltrömmen alltid endast kan upp- 447 684 4 träda i form av en pulserande likström.It has been known that FI protection switches can only operate at alternating current. If the fault current has current components, the protection switch is adversely affected in terms of its trip sensitivity. However, as more and more electronic building elements are used in household appliances, the direct current problem must also be solved, whereby it turns out that in the case of the connections used in electrical household appliances in the event of a body current closure, the liquid fault current can always only occur in the form of a pulsating direct current.

Under de senaste åren har magnetmaterial utvecklats, vid vilka trots relativt hög permeabilitet skillnaden mellan induktionen i remanensen och i mättningen är hög. Dans., sta- tiskt uppmätt uppgår remanensinduktionen till mindre än 40 % av mättningsinduktionen. Med detta material är det möjligt att visserligen vid mindre utlösningskänslighet ändock åstadkomma funktionsduglighet av FI-skyddsomkopplare vid felströmmar i form av pulserande likströmmar. Eftersom då den inducerade spänningen i sekundärlindningen vid samma effektivvärde av primärströmmen är mindre än vid sinusformig växelström, kan här energilagringskopplingen medföra ett gynnsammare utlös- ningsförhållande. Framför allt förblir energiinnehållet i ut- lösningspulserna, vilka är givna genom halvledarelementets kopplingsspänning, lika och därmed även utlösningens tillför- litlighet.In recent years, magnetic materials have been developed in which, despite relatively high permeability, the difference between the induction in the residue and in the saturation is high. Dans., Statically measured, the residue induction amounts to less than 40% of the saturation induction. With this material, it is possible, although with less trip sensitivity, to still achieve the functionality of FI protection switches in the event of fault currents in the form of pulsating direct currents. Since then the induced voltage in the secondary winding at the same effective value of the primary current is less than at sinusoidal alternating current, here the energy storage coupling can lead to a more favorable tripping ratio. Above all, the energy content of the tripping pulses, which are given by the switching voltage of the semiconductor element, remains the same and thus also the reliability of the tripping.

Enligt uppfinningen innehåller sålunda det moderna kon- ceptet av en felströmsskyddsomkopplare en omkopplare med en nätspänningsoberoende elektronisk energilagringskoppling i ut- lösningskretsen, en summaströmomvandlare med en kärna av ett högpermeabelt magnetmaterial med stor skillnad mellan remanens och mättningsinduktion och en permanentmagnetutlösare, som företrädesvis är utbildad såsom polariserad utlösare.Thus, according to the invention, the modern concept of a residual current circuit breaker includes a switch with a mains voltage independent electronic energy storage circuit in the tripping circuit, a sum current converter with a core of a high permeable magnetic material with a large difference between remanence and saturation. trigger.

Fig. 1 visar en exemplifierande utföringsform av uppfin- ningen. FI-skyddsomkopplarens kontaktapparat l in- resp. ur- kopplas över skyddslåset 2 med hjälp av manövreringsorganet 3 eller felströmsutlösaren 8. Felströmsutlösarens 8 aktiverings- lindning är över det spänningsberoende kopplingsorganet 7, som visas såsom halvledarbyggelement, förbunden med pulskondensa- torn 5. Denna uppladdas över likströmskopplingen 6 av summa- strömomvandlarens 4 sekundärlindning i beroende av höjden av den flytande felströmmen. Summaströmomvandlarens kärna 9 är framställd av ett högpermeabelt magnetiskt material, vars remanensinduktion är mindre än 40 % av mättningsinduktionen.Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the invention. The FI protection switch's contact device l in- resp. is disconnected over the protective lock 2 by means of the actuator 3 or the residual current current trigger 8. The activating winding of the residual current current circuit 8 is via the voltage-dependent coupling means 7, which is shown as a semiconductor building element, connected to the pulse capacitor 5. depending on the height of the floating fault current. The core 9 of the sum current converter is made of a highly permeable magnetic material, the residual induction of which is less than 40% of the saturation induction.

Fig. 2 visar såsom ytterligare exempel på uppfinningen en utlösningskrets, vid vilken pulskondensatorn 5 över en spän- ningsfördubblingskoppling uppladdas från summaströmomvand- larens 4 sekundärlindning. Såsom utlösare används en polarise- 447 684 5 rad utlösare, som har en luftspalt i aktiveringskretsen mellan polskorna 10 och ankaret ll, så att vid avlyft ankare lind- ningen 12 i färdiglindat tillstånd kan anbringas på polskorna.Fig. 2 shows as a further example of the invention a tripping circuit, in which the pulse capacitor 5 is charged via a voltage doubling connection from the secondary winding of the sum current converter 4. As a trigger, a polarized trigger is used, which has an air gap in the activating circuit between the pole shoes 10 and the armature 11, so that when the anchor is lifted, the winding 12 can be applied to the pole shoes in the fully wound state.

Claims (3)

447 684 6 PATENTKRÄV447 684 6 PATENT REQUIREMENTS 1. l. Felströmsskyddsomkopplare, bestående av kontaktapparat (l), ett kopplingslås (2) med friutlösning och manövrerings- organ (3), en summaströmomvandlare (4), en elektronisk energi- lagringskoppling och en felströmsutlösare med permanentmagnet (8) i ett hus av isoleringsmaterial med anslutningsklämmor, k ä n n e t e c k n a d av att sunnnaströmomvandlaren upp- visar en kärna av högpermeabelt magnetiskt material, vars re- manensinduktion är mindre än 40 % av mättningsinduktionen (statistiskt uppmätt) och vars sekundärlindning med ett lind- ningstal över hundra över en nätspänningsoberoende elektronisk energilagringskoppling är förbunden med kopplingslåsets fel- strömsutlösare, varvid den nätspänningsoberoende elektroniska energilagringskopplingen består av en kondensator (5), som över lämpliga likriktarkopplingar(6) uppladdas från summa- strömomvandlaren (4) och som pulsartat över felströmsutlösa- rens (8) utlösningsspole urladdar sig över ett spänningsbero- ende halvledarbyggelement (7) vid uppnående av en bestämd laddningsspänning för kondensatorn, och därigenom utlöser fel- strömsskyddsomkopplaren (fig. 1).1. A residual current current protection switch, consisting of a contact device (1), a switch lock (2) with free tripping and actuators (3), a sum current converter (4), an electronic energy storage switch and a residual current device with a permanent magnet (8) in a housing of insulating material with connection terminals, characterized in that the solar current converter has a core of highly permeable magnetic material, whose residual induction is less than 40% of the saturation induction (statistically measured) and whose secondary winding with a winding number of more than one hundred independent electronic voltages energy storage connection is connected to the residual current circuit breaker of the switching lock, the mains voltage-independent electronic energy storage connection consisting of a capacitor (5), which is charged via suitable rectifier converter (6) from the sum current converter (4) and which pulses over a voltage-dependent semiconductor building element (7) upon reaching a certain charging voltage for the capacitor, thereby tripping the residual current circuit breaker (fig. 1). 2. Felströmsskyddsomkopplare enligt krav l, k ä n n e - t e c k n a d av att felströmsutlösaren (8) är utbildad såsom polariserad utlösare och uppvisar en luftspalt i aktive- ringskrets en (fig. 2) .2. A residual current circuit breaker according to claim 1, characterized in that the residual current circuit breaker (8) is designed as a polarized tripping circuit and has an air gap in the activating circuit one (Fig. 2). 3. Felströmsskyddsomkopplare enligt krav l och/eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att likriktarkopplingen (6) be- står av en spänningsmångfaldigande koppling. HFRated current protection switch according to Claim 1 and / or 2, characterized in that the rectifier connection (6) consists of a voltage-multiplying connection. HF