CH653490A5

CH653490A5 - Elektronische ausloeseeinrichtung fuer schutzschalter.

Info

Publication number: CH653490A5
Application number: CH8271/79A
Authority: CH
Inventors: Heinrich Derheld; Horst Zielasko
Original assignee: Felten & Guilleaume Carlswerk
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1979-09-12
Publication date: 1985-12-31
Also published as: ATA531979A; ES484503A0; DK550279A; ES8102427A1; GB2037509A; GB2037509B; IT7925774A0; FR2445603A1; BE878401A; DE2856316B2; FR2445603B1; DK148028B; DE2856316C3; IT1123197B; AT381417B; DK148028C; DE2856316A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Auslöseeinrichtung, insbesondere für Fehlerstromschutzschalter, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zweck der Auslöseeinrichtung in elektrischen Schutzschaltern ist es, in bestimmten Fällen eine Stromkreisunterbrechung herbeizuführen. Fehlerstrom-Schutzschalter sprechen bekanntlich dann an, wenn der Summenstromwandler der Fehlerstrom-Schutzschalters im Fehlerstromfall durch einen Differenzstrom erregt wird, der einen Auslöser für ein Schaltschloss betätigt, dessen Kontakte dann den betreffenden Stromkreis öffnen. Im einfachsten Fall ist der Summenstromwandler über seine Sekundärwicklung direkt mit dem Auslöser verbunden. Bei kleinen Fehlerströmen ist die vom Wandler gelieferte Engergie meistens jedoch nicht ausreichend, so dass zusätzliche Massnahmen erforderlich sind, wie z.B. Erhöhung der Empfindlichkeit bei den Auslösern. Letzten Endes sind derartige Auslöser wiederum sehr störanfällig. Um die Ansprechempfindlichkeit einer Auslöseeinrichtung zu steigern, muss man daher die erforderliche Auslöseenergie erhöhen. Dies kann einmal dadurch geschehen, dass durch Vergrösserung oder Verbesserung des magnetischen Materials für den Wandlerkern die bei kleinen Fehlerströmen an den Auslöser gelieferte Engergie vergrössert wird. Hier sind aber bereits durch die Bauform der Schalter sowie durch physikalische Parameter der Materialien die Grenzen erreicht. Andererseits gibt es auch Systeme, bei denen die geringe vom Wandler gelieferte Energie einen Verstärker bzw. ein verstärkendes Relais steuert, wodurch, jedoch abhängig von einer fremden Energiequelle (Netzspannung), der Auslöser dann mit ausreichender Energie betätigt werden kann.

Zweckmässiger ist daher der Weg, die vom Wandler in einer bestimmten Zeit gelieferte Energie zunächst in einem Kondensator zu speichern. Eine Auslöseeinrichtung für elektrische Schutzschalter, vorzugsweise für Fehlerstrom-, Fehler-spannungs- oder Stations-Schutzschalter, die sich dieses Energiespeicherpinzips zunutze macht, ist bereits bekannt (DE-AS 10 57 683). Als spannungabhängiges Schaltorgan ist ein Kaltkathodenrelais bzw. eine Glimmlampe vorgesehen. Zwar benötigen die bisher bekannten Auslöser zum Ansprechen sehr hohe, aber nur sehr kurze Impulse. Spannungsabhängige Schaltorgane der zuvor beschriebenen Art haben für diesen Anwendungsfall jedoch einen sehr geringen Wirkungsgrad. So ist beispielsweise bei einer Glimmlampe eine Spannung von 61 Volt erforderlich, um für den Auslöser die erforderliche Spannung von 1 Volt zu erhalten.

Eine Vorrichtung zum Schutz gegen die Fehlerströme elektrischer Einrichtungen, die als spannungsabhängiges Schaltorgan eine Schwellendiode verwendet, ist bereits bekannt (DE-OS 17 88 159). Da derartige Schwellendioden jedoch auch eine ähnlich hohe Steuerspannung wie die vorher beschriebenen Glimmlampen benötigen, wurde hierbei der Vorschlag gemacht, durch eine zusätzliche Wicklung des Summenstromwandlers bzw. durch Zuhilfenahme der an einer Primärwicklung des Wandlers abfallenden Netzspannung die benötigte Steuerspannung genügend gross zu halten. Allerdings muss hierbei die Sekundärspannung des Wandlers hoch sein.

Eine elektronische Auslöseeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist bereits aus der DE-OS 22 16 001 bekannt. Bei dieser Auslöseeinrichtung handelt es sich um eine Erdschlussvorrichtung des energieunabhängigen Typs mit polarisierten Auslösern, die unmittelbar von einem Kernumformer oder Toroid betätigt werden. Die Erdschlussvorrichtung besitzt eine Gleichrichterschaltung, die aus einer normalen Zweiweggleichrichtung mit zwei Dioden und einer Einweggleichrichtung mit einer Diode besteht. Die Span-nungsvervielfacher-Schaltung ist jedoch eine Schaltung, die sich auf eine einfache Spannungsverdopplung beschränkt. Hierbei wird die Spannung an einem Kondensator einfach zur Spannung an einem zweiten Kondensator addiert. Diese beiden Kondensatoren stehen in einer besonderen Wechselbeziehung und sind in hohem Masse von der Ladespannung abhängig. Hierbei ist es wichtig zu verhindern, dass der erste Kondensator auf ein Potential aufgeladen wird, das höher liegt als das, für das die Schaltung ausgelegt wurde. Beim Eintreten einer derartigen Situation könnte der aus zwei Transistoren bestehende Auslöse- oder Schaltkreis betätigt werden, bevor der zweite Kondensator das gewünschte Potential erreicht hat. Hierbei ist somit zu beachten, dass bezüglich der Dioden für das Aufladen der beiden Kondensatoren eine genaue Dimensionierung erfolgen muss. Was nun den Impulsgeber dieser Erdschlussvorrichtung betrifft, so besteht

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dieser aus einem zweistufigen Schalter, wozu zwei Transistoren zu einer Kippschaltung verwendet werden. Ferner arbeitet die Schaltung der Erdschlussvorrichtung mit einem Wandler, dessen Wicklung im Sekundärkreis mit einer Mittenanzapfung versehen ist, die unmittelbar mit dem zweiten Kondensator und der Auslösespule verbunden ist. - Das wesentliche der Schaltung der Erdschlussvorrichtung ist die Erzeugung von zwei verschiedenen Spannungen, die zur Ladung der beiden Kondensatoren dienen und die Abhängigkeit von Dioden, die für das Aufladen der Kondensatoren verantwortlich sind, wobei die Einschränkungen zu beachten sind, auf die bereits hingewiesen wurde. Der Schalter wiederum ist eine spannungabhängig schaltende Vorrichtung, die aus zwei Bauteilen besteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Auslöseeinrichtung der eingangs geschilderten Art mit dem Ziel weiterzuentwickeln, die in einem Kondensator gespeicherte Engergie in einen kurzen, aber starken Auslöseimpuls umzuwandeln, und schlagartig auf die Spulenwicklung des Auslösers zu übertragen, dessen mechanischer Aufbau auf diesen Auslöseimpuls abgestimmt ist. Hierbei soll der hierfür vorgesehene Schalter bereits bei sehr kleiner Sekundärspannung des Wandlers schaltfähig werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen schaltungstechnischen und konstruktiven Massnahmen gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass die elektronische Auslöseeinrichtung aus nur wenigen Bauteilen und Schaltungselementen besteht, die in einer besonders gedrängten Bauweise raumsparend angeordnet werden können. Die Arbeitsweise des Schalters bei sehr kleiner Sekundärspannung des Wandlers bedeutet einen sehr guten Wirkungsgrad und macht ihn triggerbar, um eine sichere Ansprechschwelle zu erreichen.

Wegen des guten Wirkungsgrades dieser Anordnung kann die vom Wandler gelieferte Energie sehr viel kleiner sein als bei den vorerwähnten Einrichtungen, was bedeutet, dass die Schaltervolumina verkleinert oder der zum Ansprechen führende Fehlerstrom verringert werden kann, was beides einer verbesserten Anwendungsweise und gesteigerter Schutzwirkung gegen elektrische Unfälle zugute kommt. Ausserdem ist eine Hilfsenergiequelle zum Betrieb nicht erforderlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Auch ist es zweckmässig, in dem Leitungszug des Spannungsteilers eine Diode zur Temperaturkompensation vorzusehen. Die Ansprüche 3 und 4 geben die vorteilhafte Zuordnung der einzelnen Bauelemente auf einer Platine wieder, die mit dem Auslöser in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

5 Es zeigen:

Fig. 1 die Schaltungsanordnung einer elektronischen Auslöseeinrichtung

Fig. 2 einen Auslöser der Auslöseeinrichtung mit integrierter Schaltungseinheit, in Vorderansicht io Fig. 3 in Draufsicht.

Nach Fig. 1 ist ein einphasiges Netz mit seinem Phasenleiter R und dem Nulleiter N an Primärwicklungen 1 und 2 eines Summenstromwandlers angeschlossen. Eine Sekundärwicklung 3 stellt eine Verbindung zu einer Schaltungskombi-i5 nation dar, die aus Gleichrichtern 4, 5, 6 und 7 sowie aus Kondensatoren 8, 9 und 10 besteht. Im Fehlerstromfall entsteht in der Sekundärwicklung 3 eine Wechselspannung, die in der Schaltungskombination gleichgerichtet und erhöht wird. Die entstehende Gleichspannung wird über eine Plus-20 leitung 26 und eine Minusleitung 27 einem Kondensator 11 zugeführt und die entsprechende Engergie wird innerhalb einer bestimmten Zeit in dem Kondensator 11 gespeichert. Ein Impulshalbleiter 12, der als progrmmierbarer Uni-junction-Transistor eingesetzt ist, hat die Aufgabe, in Verbin-25 dung mit einem aus den Widerständen 13 und 14 gebildeten Spannungsteiler den erforderlichen Triggerimpuls zu erzeugen. Hierbei kann eine Diode 15 zur Temperaturkompensie-rung in den Leitungszug des Spannungsteilers eingeschaltet werden. Die Kathode des Impulshalbleiters ist mit der Steuer-30 elektrode eines steuerbaren Halbleiters 16 verbunden. Als steuerbarer Halbleiter kann z.B. ein Thyristor eingesetzt werden. Sobald der steuerbare Halbleiter durchgeschaltet ist,

■wird die im Kondensator 11 gespeicherte Energie schlagartig als starker Auslöseimpuls auf die Spulenwicklung des Auslö-35 sers 17 übertragen, wodurch der Auslöser anspricht. Das Ansprechen des Auslösers bewirkt über ein Schaltschloss und weitere Schaltmittel die Abschaltung der gefährdeten Anlage vom Netz.

Die komplette elektronische Auslöseeinrichtung setzt sich 40 nach den Fig. 2 und 3 im wesentlichen aus einem Magnetkreis, bestehend aus einem Joch 18 mit den Schenkeln 19 und 20 und einem Anker 21, aus einer um den Schenkel 19 angeordneten Spulenwicklung 22, aus einem Permanentmagneten 23 am wicklungsfreien Teil des Jochs 18 und aus einer Platine 45 24, auf der die Bauelemente des elektronischen Schalters angeordnet sind, zusammen. Die gesamte elektronische Auslöseeinrichtung wird in einem gemeinsamen Gehäuse 25 gekapselt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Elektronische Auslöseeinrichtung für Schutzschalter, insbesondere für Fehlerstrom-Schutzschalter, welcher Schutzschalter mit einem eine Störgrösse erfassenden Stromwandler, versehen ist, dessen Sekundärwicklung (3) eine Gleichrichterund Spannungsvervielfacher-Schaltung der elektronischen Auslöseeinrichtung speist, welche Schaltung mit einem nachgeschalteten Ladekondensator (11) und mit einem über einen Spannungsteiler ansteuerbaren Impulsgeber (12) verbunden ist, welcher Impulsgeber nach hinreichendem Aufladen des Ladekondensators ein in Reihe mit der Spulenwicklung eines Auslösers (17) des Schutzschalters liegendes spannungsabhängiges Schaltorgan (16) zwecks Entladung des Ladekondensators über die Spulenwicklung ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichter- und Spannungsver-vielfacher-Schaltung eine Reihenschaltung von wenigstens drei Dioden (4, 5,6) zur Plusleitung (26) der Einrichtung (4 -16) in Durchlassrichtung hintereinander und eine Diode (7) zwischen der Anode der ersten Diode (4) der Reihenschaltung und der Minusleitung (27) der Einrichtung in Sperrich-tung umfasst, dass zu den beiden ersten Dioden (4, 5) der Reihenschaltung ein Kondensator (8) parallel angeordnet ist,

dass der Verbindungspunkt der beiden ersten Dioden (4, 5) und die Minusleitung (27) über die Reihenschaltung eines zweiten (9) und eines dritten (10) Kondensators miteinander verbunden sind, dass der dritte Kondensator (10) zwischen den Anschlüssen der in Sperrichtung geschalteten Diode (7) und dem zweiten Kondensator (9) angeschlossen ist, dass die Kathode der dritten Diode (6) und der Verbindungspunkt der Anode der Diode (7) mit dem dritten Kondensator (10)

jeweils mit den Anschlüssen des Ladekondensators (11) verbunden sind, und dass parallel zum Ladekondensator (11) der Spannungsteiler (13,14) angeordnet ist, dessen Mittelpunkt mit der Steuerelektrode eines als Impulsgeber verwendeten Unijunction-Transistors (12) verbunden ist, dessen Anode mit der genannten Plusleitung und dessen Kathode mit der Steuerelektrode des als steuerbarer Halbleiter (16) ausgebildeten spannungabhängigen Schaltorgans verbunden ist.

2. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der genannten Plusleitung und einem der Widerstände (13) des Spannungsteilers (13,14) eine Diode (15) in Durchlassrichtung geschaltet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Auslöseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente der Gleichrichter- und Spannungsvervielfacher-Schaltung mit den Bauteilen des Impulsgebers auf einer gemeinsamen Platine (24) angeordnet sind.

4. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (24) und der Auslöser (17) in einem gemeinsamen Gehäuse (25) untergebracht sind.