DE102019202474A1 - Residual current device and method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Fehlerstromschutzeinheit für einen Niederspannungsstromkreis, aufweisend:
- mehrere Leiter eines zu schützenden Niederspannungsstromkreises, die durch Kontakte öffenbar bzw. schließbar sind,
- eine Unterbrechungseinheit zum Öffnen der Kontakte,
- eine mit der Unterbrechungseinheit verbundene Steuerungseinheit,
- einen ersten Summenstromwandler, dessen Primärseite durch die Leiter gebildet ist und der eine erste Sekundärwicklung aufweist,
- eine mit der ersten Sekundärwicklung verbundene erste Detektionseinheit, die andererseits mit der Steuerungseinheit verbunden ist,
- einen zweiten Summenstromwandler, dessen Primärseite ebenfalls durch die Leiter gebildet ist und der eine zweite Sekundärwicklung aufweist,
- eine mit der zweiten Sekundärwicklung verbundene zweite Detektionseinheit, die andererseits mit der Steuerungseinheit verbunden ist. Es ist eine Auswahleinheit vorgesehen, die mit der Steuerungseinheit verbunden ist. Die Auswahleinheit und die Steuerungseinheit sind derart ausgestaltet, dass zwischen verschiedenen Typen von Fehlerstromschutzschaltern umgeschaltet werden kann, so dass die Fehlerstromschutzeinheit die Funktionalität des ausgewählten Typs aufweist.
The invention relates to a residual current device for a low-voltage circuit, comprising:
several conductors of a low-voltage circuit to be protected, which can be opened or closed by means of contacts,
a break unit for opening the contacts,
a control unit connected to the interruption unit,
a first summation current transformer whose primary side is formed by the conductors and which has a first secondary winding,
a first detection unit connected to the first secondary winding and, on the other hand, connected to the control unit,
a second summation current transformer whose primary side is likewise formed by the conductors and which has a second secondary winding,
- A second detection unit connected to the second secondary winding, which is on the other hand connected to the control unit. A selection unit is provided, which is connected to the control unit. The selection unit and the control unit are designed such that it is possible to switch between different types of residual current circuit breakers, so that the residual current protection unit has the functionality of the selected type.
Description
Die Erfindung betrifft eine Fehlerstromschutzeinheit für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein System und ein Verfahren für eine Fehlerstromschutzeinheit für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 18.The invention relates to a fault current protection unit for a low-voltage circuit according to the preamble of
Fehlerstromschutzschalter für elektrische Stromkreise, insbesondere für Niederspannungsstromkreise bzw. -anlagen, sind allgemein bekannt. Fehlerstromschutzschalter werden auch als FI-Schutzschalter bzw. Residual Current Devices bezeichnet, kurz RCD.Residual current circuit breakers for electrical circuits, in particular for low-voltage circuits or systems, are well known. Residual current circuit breakers are also referred to as residual current circuit breakers or residual current devices, in short RCD.
Mit Niederspannung sind Spannungen bis 1000 Volt Wechselspannung oder/und 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechselspannung sowie 120 Volt Gleichspannung sind.By low voltage is meant voltages up to 1000 volts AC or / and 1500 volts DC. By low voltage is meant in particular voltages that are greater than the low voltage, with values of 50 volts AC and 120 volts DC.
Mit Stromkreisen, insbesondere für Niederspannung, sind Stromkreise für Ströme bis zu 6300 Ampere gemeint, spezieller Ströme bis zu 1600 Ampere, 1200 Ampere, 630 Ampere, 125 Ampere oder 63 Ampere. Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn- oder/und Abschaltströme gemeint, d.h. der Strom der im Normalfall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw. bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie einem Leitungsschutzschalter oder einem Leistungsschalter.By circuits, especially for low voltage, are meant circuits for currents up to 6300 amps, more specifically currents up to 1600 amperes, 1200 amps, 630 amps, 125 amperes or 63 amps. In particular, nominal and / or turn-off currents are meant by said current values, i. the current that is normally passed over the circuit at most or in which the electrical circuit is usually interrupted, for example by a protective device, such as a circuit breaker or a circuit breaker.
Fehlerstromschutzschalter ermitteln die Stromsumme in einem elektrischen Stromkreis, die im Normalfall null ist, und unterbrechen bei Überschreiten eines Differenzstromwertes, d.h. einer Stromsumme von ungleich null, die einen bestimmten (Differenz-)Stromwert bzw. Ansprechstromwert respektive Fehlerstromwert bzw. Fehleransprechstromwert übersteigt, den elektrischen Stromkreis.Residual current circuit breakers detect the current sum in an electrical circuit, which is normally zero, and interrupt when a difference current value, i. a non-zero current sum exceeding a certain (differential) current value or fault current value or fault current value, the electrical circuit.
Fast alle bisherigen Fehlerstromschutzschalter weisen einen Summenstromwandler auf, dessen Primärwicklung durch die Leiter des Stromkreises gebildet wird und dessen Sekundärwicklung die Stromsumme bzw. ein Äquivalent der Stromsumme, z.B. in Form einer Spannung, abgibt, welche direkt oder indirekt zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises verwendet wird.Almost all previous residual current circuit breakers have a summation current transformer whose primary winding is formed by the conductors of the circuit and whose secondary winding, the current sum or one equivalent of the current sum, e.g. in the form of a voltage, which is used directly or indirectly to interrupt the electrical circuit.
Hierzu sind zwei oder mehr Leiter, meist Hin- und Rückleiter bzw. Außen- und Neutralleiter in einem Einphasenwechselstrom-Netz, alle drei Außenleiter oder alle drei Außenleiter und der Neutralleiter bei einem Dreiphasenwechselstromnetz, durch einen, meist einen ringförmigen Kern aus ferromagnetischen Material aufweisenden, Stromwandler geführt. Gewandelt wird nur der Differenzstrom, d.h. ein von Hin- und Rückstrom abweichender Strom, aus den Leitern. Üblicherweise ist die Stromsumme in einem elektrischen Stromkreis gleich null. So können Fehlerströme erkannt werden.For this purpose, two or more conductors, usually forward and return conductors or external and neutral conductors in a single-phase AC network, all three outer conductor or all three outer conductor and the neutral conductor in a three-phase AC network, by one, usually having an annular core of ferromagnetic material, Current transformer led. Only the differential current is converted, i. a current deviating from outward and return current, from the conductors. Usually, the current sum in an electrical circuit is equal to zero. So fault currents can be detected.
Fließt beispielsweise energiesenkenseitig bzw. verbraucherseitig ein Strom gegen Erde ab, so wird in diesem Zusammenhang von einem Fehlerstrom gesprochen. Ein Fehlerfall liegt beispielsweise dann vor, wenn eine elektrische Verbindung von einem Phasenleiter bzw. Außenleiter des elektrischen Stromkreises zur Erde existiert. Beispielsweise, wenn eine Person den Phasenleiter berührt. Dann fließt ein Teil des elektrischen Stromes nicht wie üblich über den Neutralleiter bzw. Nullleiter zurück, sondern über die Person und die Erde. Dieser Fehlerstrom kann nun mit Hilfe des Summenstromwandlers erfasst werden, da die betragsmäßig erfasste Summe aus zufließenden und zurückfließenden Strom ungleich Null ist. Über ein Relais bzw. einen Haltemagnet-Auslöser bzw. einer Unterbrechungseinheit, beispielsweise mit verbundener Mechanik, wird eine Unterbrechung des Stromkreises, z.B. mindestens einer, eines Teils oder aller Leitungen bewirkt. Fehlerstromschutzschalter zur Erfassung von Wechselfehlerströmen sind allgemein aus der Druckschrift
Die Hauptfunktion von Fehlerstromschutzschaltern ist Personen vor elektrischen Strömen (elektrischer Schlag) zu schützen, sowie Anlagen, Maschinen oder Gebäude vor Brand durch elektrische Isolationsfehler.The main function of residual current circuit breakers is to protect persons from electrical currents (electric shock), as well as equipment, machinery or buildings from fire due to electrical insulation faults.
Wenn der Fehlerstromschutzschalter bzw. dessen Summenstromwandler so ausgebildet ist, dass die sekundärseitige Energie zur Betätigung einer Auslöseeinheit bzw. einer Unterbrechungseinheit bzw. eines Auslösers ausreicht, dann nennt man derartige Fehlerstromschutzschalter netzspannungsunabhängig; andernfalls netzspannungsabhängig.If the residual current circuit breaker or its summation current transformer is designed such that the secondary-side energy is sufficient for actuating a trip unit or an interrupt unit or a trigger, then such residual current circuit breaker is called mains voltage independent; otherwise mains voltage dependent.
Ist ein Netzteil zur Energieversorgung einer Fehlerstromerkennung vorgesehen, so handelt es sich um netzspannungsabhängige Fehlerstromschutzschalter. Diese sind beispielsweise erforderlich, um Fehlerströme in Gleichspannungsnetzen sowie gemischten Gleich/Wechselstromnetzen bzw. bei Stromkreisen mit hohen Frequenzen zu erkennen.If a power supply is provided for supplying power to a fault current detection, then it is mains-voltage-dependent fault current circuit breaker. These are required, for example, to detect fault currents in DC voltage networks as well as mixed DC / AC networks or in circuits with high frequencies.
Ein Fehlerstromschutzschalter besteht im Wesentlichen aus den Funktionsgruppen Summenstromwandler, Detektionseinheit, Steuerungseinheit, Unterbrechungseinheit/Kontakte. Ferner ist in der Regel ein Prüfstromkreis mit Prüftaste und Prüfwiderstand vorgesehen. Die Funktionsfähigkeit des Fehlerstromschutzschalters bzw. der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung lässt sich über die Prüftaste kontrollieren.A residual current circuit breaker consists essentially of the function groups summation current transformer, detection unit, control unit, interruption unit / contacts. Furthermore, a test circuit with test button and test resistor is usually provided. The functionality of the residual current circuit breaker or fault current Protective device can be checked via the test button.
Fehlerstromschutzschalter gibt es in unterschiedlichen Typen, die durch Buchstaben bzw. Buchstabenkombinationen bezeichnet werden, wie beispielsweise
Generell sind aktuell Fehlerstromschutzschalter 2-polig für Phasen- und Neutralleiter (L+N), 3-polig für drei Phasenleiter (
Beispielsweise erfassen Fehlerstromschutzschalter vom Typ AC nur rein sinusförmige Fehlerströme.
Fehlerstromschutzschalter vom Typ A erfasst sowohl rein sinusförmige Wechselfehlerströme als auch pulsierende Gleichfehlerströme.
Fehlerstromschutzschalter vom Typ F sind mischfrequenzsensitive Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. Sie erfassen alle Fehlerstromarten wie Typ A, darüber hinaus sind sie zur Erfassung von Fehlerströmen, die aus einem Frequenzgemisch von Frequenzen bis zu 1 kHz bestehen, geeignet.
Ein Fehlerstromschutzschalter vom Typ K beinhaltet die Charakteristik des Typ A, allerdings ist er in seinem Abschaltverhalten kurzzeitverzögert.
Fehlerstromschutzschalter vom Typ S sind selektive Fehlerstromschutzschalter, die im Bemessungsdifferenzstrom als auch in der Auslösezeit gestaffelt werden können. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typ B dienen, neben der Erfassung der Fehlerstromformen des Typs F, auch zur Erfassung von glatten Gleichfehlerströmen. Ferner sind sie für Fehlerströme mit Frequenzen bis zu 2 kHz geeignet.
Für Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs B+ gelten dieselben Bedingungen wie für Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs B. Lediglich der Frequenzbereich für die Erfassung von Fehlerströmen gilt für einen erweiterten Bereich bis 20 kHz. Die Auslösung erfolgt innerhalb dieses Frequenzbereiches unterhalb 420 mA.For example, AC residual current circuit breakers detect only purely sinusoidal fault currents.
Residual current device type A detects both purely sinusoidal AC residual currents and pulsating DC residual currents.
Type F fault current circuit breakers are mixed frequency sensitive residual current protective devices. They detect all types of residual current, such as type A, but are also suitable for detecting residual currents consisting of a frequency mixture of frequencies up to 1 kHz.
A type K residual current circuit breaker incorporates the characteristics of type A, but it is short-delayed in its turn-off behavior.
Type S residual current circuit breakers are selective residual current circuit breakers that can be staggered in the rated differential current as well as in the tripping time. Type B residual current protective devices, in addition to the detection of type F fault current circuits, are also used to detect smooth DC residual currents. Furthermore, they are suitable for fault currents with frequencies up to 2 kHz.
The same conditions apply to Type B residual current protective devices as to Type B residual current protective devices. Only the frequency range for the detection of residual currents is valid for an extended range up to 20 kHz. The triggering takes place within this frequency range below 420 mA.
Die Eigenschaften eines jeweiligen Typs sind in der Regel durch Normen definiert.The characteristics of each type are usually defined by standards.
Derartige Fehlerstromschutzschalter weisen teilweise zwei Summenstromwandler bzw. Detektionskreise auf, um die verschiedenen Fehlerstromarten zu erfassen und damit eine typgerechte Funktionalität zur Verfügung zu stellen.Such residual current circuit breakers partly have two summation current transformers or detection circuits in order to detect the different fault current types and thus to provide a type-appropriate functionality.
Üblicherweise werden Fehlerstromschutzschalter für ihren Einsatz genau für einen Typ von zu erfassenden Fehlerströmen gebaut. Damit steht für jeden Einsatzfall ein typgerechter Fehlerstromschutzschalter zur Verfügung.Usually residual current circuit breakers are built for their use precisely for a type of fault currents to be detected. This means that a type-specific residual current circuit breaker is available for every application.
Ändert sich in einem existierenden Stromkreis bzw. Anlage der Einsatzfall, ist von vornherein ein Fehlerstromschutzschalter mit der höchsten Funktionalität einzusetzen, obwohl diese (noch) gar nicht benötigt wird, oder der Fehlerstromschutzschalter ist im Nachhinein für den neuen Einsatzfall auszutauschen, was aufwendig ist.If the application changes in an existing circuit or installation, a residual current circuit breaker with the highest functionality is to be used from the outset, although this is not (yet) required, or the residual current circuit breaker has to be exchanged for the new application, which is costly.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere eine breitere Funktionalität zur Verfügung zu stellen.Object of the present invention is to improve a residual current circuit breaker of the type mentioned, in particular to provide a broader functionality.
Diese Aufgabe wird durch eine Fehlerstromschutzeinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein System gemäß Patentanspruch 17 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 18 gelöst.This object is achieved by a residual current device with the features of
Mit Fehlerstromschutzeinheit ist insbesondere ein Gerät zur Detektion von Fehler- oder Differenzströmen gemeint.By fault current protection unit is meant in particular a device for the detection of fault or differential currents.
Erfindungsgemäß ist eine Fehlerstromschutzeinheit für einen Niederspannungsstromkreis vorgesehen, aufweisend:
- - mehrere Leiter (mit mehrere Leiter sind mindestens zwei Leiter gemeint) eines zu schützenden Niederspannungsstromkreises, - einen ersten Summenstromwandler, dessen Primärseite durch die Leiter gebildet ist und der eine erste Sekundärwicklung aufweist,
- - eine mit der ersten Sekundärwicklung verbundene erste Detektionseinheit, die andererseits mit einer Steuerungseinheit verbunden ist,
- - einen zweiten Summenstromwandler, dessen Primärseite ebenfalls durch die Leiter gebildet ist und der eine zweite Sekundärwicklung aufweist,
- - eine mit der zweiten Sekundärwicklung verbundene zweite Detektionseinheit, die andererseits mit der Steuerungseinheit verbunden ist.
Dies hat den Vorteil, dass eine Fehlerstromschutzeinheit mit mehreren Funktionalitäten / Typarten zur Verfügung steht. So kann für unterschiedliche Applikationen mit unterschiedlichen Fehlerstromformen die gleiche Fehlerstromschutzeinheit verwendet werden. Dadurch reduziert sich die Anzahl an zur Verfügung zu stellenden bzw. anzubietenden Fehlerstromschutzschaltern. Entwicklungs- und Lagerkosten für unterschiedliche Typen können reduziert werden. Je nach Applikation kann der entsprechende Typ an der Fehlerstromschutzeinheit eingestellt werden.According to the invention, a residual current device is provided for a low-voltage circuit, comprising:
- a plurality of conductors (at least two conductors are meant by a plurality of conductors) of a low-voltage circuit to be protected, a first summation current transformer whose primary side is formed by the conductors and which has a first secondary winding,
- a first detection unit connected to the first secondary winding and connected to a control unit on the other hand,
- a second summation current transformer whose primary side is likewise formed by the conductors and which has a second secondary winding,
- - A second detection unit connected to the second secondary winding, which is on the other hand connected to the control unit.
This has the advantage that a residual current device with multiple functionalities / Typarten for Available. Thus, the same fault current protection unit can be used for different applications with different fault current forms. This reduces the number of residual current circuit breakers to be made available or to be offered. Development and storage costs for different types can be reduced. Depending on the application, the corresponding type can be set on the residual current device.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Fehlerstromschutzeinheit die Funktionalitäten der Typen
Dies hat den besonderen Vorteil, dass mit einer Fehlerstromschutzeinheit die beiden gängigen Typen abgedeckt werden können, was die Lagerhaltung, den Bestellprozess und die Projektierung vereinfacht.In an advantageous embodiment of the invention, the residual current device has the functionalities of the types
This has the special advantage that with a residual current device the two common types can be covered, which simplifies the storage, the ordering process and the configuration.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Fehlerstromschutzeinheit die Funktionalitäten der Typen AC, A, B und B+ aufweist, so dass zwischen diesen Typen umgeschaltet werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, the residual current device has the functionalities of the types AC, A, B and B +, so that it is possible to switch between these types.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass mit einer Fehlerstromschutzeinheit ein größerer Bereich unterschiedlicher Typen abgedeckt werden kann, was die Lagerhaltung, den Bestellprozess und die Projektierung vereinfacht.This has the particular advantage that with a residual current device a larger range of different types can be covered, which simplifies the storage, the ordering process and the configuration.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Fehlerstromschutzeinheit mindestens zwei Funktionalitäten, wahlweise drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Funktionalitäten, der Typen
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erhält die Fehlerstromschutzeinheit eine Energieversorgung durch mindestens einen Teil der Leiter, insbesondere mittels eines Netzteils, spezieller eines Schaltnetzteiles.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Energieversorgung zur Verfügung steht, so dass beispielsweise ein netzspannungsunabhängiger und ein netzspannungsabhängiger Detektionskreis realisierbar ist; eine einfache Energieversorgung für die Steuerungseinheit zur Verfügung steht.In an advantageous embodiment of the invention, the residual current device receives a power supply through at least part of the conductors, in particular by means of a power supply, more particularly a switched-mode power supply.
This has the particular advantage that a simple power supply is available, so that, for example, a mains voltage-independent and a mains voltage-dependent detection circuit can be realized; a simple power supply is available for the control unit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Detektionseinheit:
- - ein erstes Tiefpassfilter oder/und einen Verstärker auf,
- - eine Ansteuerungseinheit, zur Erzeugung eines Stromes in der ersten Sekundärwicklung.
- a first low-pass filter and / or an amplifier,
- - A drive unit, for generating a current in the first secondary winding.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweites Tiefpassfilter vorgesehen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine bessere Erkennung von Fehlerströmen, insbesondere für bestimmte Typen von Fehlerstromschutzschaltern, spezieller für die Typen und B und B+, ermöglicht wird.In an advantageous embodiment of the invention, a second low-pass filter is provided.
This has the particular advantage of enabling better detection of fault currents, especially for certain types of residual current circuit breakers, more specifically for types and B and B +.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Detektionseinheit ein drittes Tiefpassfilter oder/und einen Verstärker auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine bessere Erkennung, insbesondere von Wechselfehlerströmen, ermöglicht wird.In an advantageous embodiment of the invention, the second detection unit has a third low-pass filter and / or an amplifier.
This has the particular advantage that a better recognition, in particular of alternating fault currents, is made possible.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinheit einen Mikroprozessor auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache mikroprozessorgestützte Auswertung ermöglicht wird, die vielfältige Funktionstypen einfach ermöglicht.In an advantageous embodiment of the invention, the control unit has a microprocessor.
This has the particular advantage that a simple microprocessor-based evaluation is made possible, which allows various types of functions easily.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinheit einen Analog-Digital-Umsetzer auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache digitale Verarbeitung der Fehlerstrommesswerte ermöglicht wird.In an advantageous embodiment of the invention, the control unit has an analog-to-digital converter.
This has the particular advantage of allowing easy digital processing of the fault current readings.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswahleinheit einen Drehschalter, Schiebeschalter oder Tastschalter auf, zur Auswahl des Typs des Fehlerstromschutzschalters.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Einstellmöglichkeit des Typs gegeben ist. Insbesondere durch einen Drehschalter oder Schiebeschalter lässt sich einfach der eingestellte Typ ablesen.In an advantageous embodiment of the invention, the selection unit has a rotary switch, slide switch or push-button, for selecting the type of residual current circuit breaker.
This has the particular advantage that a simple adjustment of the type is given. In particular, a rotary switch or slide switch makes it easy to read off the set type.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit derart ausgestaltet, dass die Funktionalität eines ersten ausgewählten Typs durch alleinige Auswertung des Signales der Sekundärwicklung nur eines Summenstromwandlers erfolgt.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Abschaltung eines Teils des Fehlerstromschutzschalters durchgeführt werden kann und damit Energieverbrauchsreduzierung des Fehlerstromschutzschalters erfolgt. Ein für einen Typ nicht benötigter Detektionskreis kann einfach abgeschaltet werden. In an advantageous embodiment of the invention, the control unit is designed such that the functionality of a first selected type by sole evaluation of the signal of the secondary winding of only one summation current transformer takes place.
This has the particular advantage that a shutdown of a portion of the residual current circuit breaker can be performed and thus energy consumption reduction of the residual current circuit breaker takes place. A detection circuit that is not required for a type can simply be switched off.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Funktionalität eines zweiten ausgewählten Typs durch alleinige Auswertung des Signales der Sekundärwicklung des anderen Summenstromwandlers oder
dass die Funktionalität des zweiten ausgewählten Typs durch Auswertung der Signale der Sekundärwicklungen beider Summenstromwandler erfolgt.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass auch hier wahlweise Energie eingespart werden kann. Zudem kann die Typumschaltung sehr einfach, bspw. durch Umschaltung der Detektionskreise, realisiert werden.In an advantageous embodiment of the invention, the functionality of a second selected type by sole evaluation of the signal of the secondary winding of the other summation current transformer or
that the functionality of the second selected type is carried out by evaluating the signals of the secondary windings of both summation current transformer.
This has the particular advantage that energy can be saved here as well. In addition, the type switching can be realized very easily, for example by switching the detection circuits.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Fehlerstromschutzeinheit Kontakte auf, die öffenbar bzw. schließbar sind, so dass ein Stromfluss durch die Leiter unterbrochen bzw. ermöglicht wird. Weiterhin ist eine Unterbrechungseinheit zum Öffnen der Kontakte vorgesehen, die mit der Steuerungseinheit verbunden ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine kompakte Fehlerstromschutzeinheit für Fehlerströme gegeben ist, die im Falle von Fehlerströmen, die einen Fehlerstromgrenzwert überschreiten, eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises selbst durchführt, wie ein Fehlerstromschutzschalter.In an advantageous embodiment of the invention, the fault current protection unit has contacts which can be opened or closed, so that a current flow through the conductors is interrupted or made possible. Furthermore, an interruption unit for opening the contacts is provided, which is connected to the control unit.
This has the particular advantage that there is a compact fault current protection unit for fault currents, which in the case of fault currents exceeding a residual current limit, performs an interruption of the electrical circuit itself, such as a residual current circuit breaker.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Fehlerstromschutzeinheit als Modul ausgestaltet, das mit einem Schaltgerät, insbesondere einem Leistungsschalter, verbindbar ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schaltgerät, wie ein Leistungsschalter, um eine erfindungsgemäße Fehlerstromschutzeinheit erweitert werden kann, wobei unterschiedliche Typen von Fehlerstromschutzschaltern auswählbar sind.In an advantageous embodiment of the invention, the residual current device is designed as a module which is connectable to a switching device, in particular a circuit breaker.
This has the particular advantage that a switching device, such as a circuit breaker can be extended to a residual current circuit protection unit according to the invention, wherein different types of residual current circuit breakers are selectable.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der modularen Ausgestaltung der Fehlerstromschutzeinheit weist diese eine Schnittstelle auf, wie eine mechanische oder(und) elektrische Schnittstelle, die die Überschreitung eines Fehlerstromgrenzwertes signalisiert, insbesondere zum Schaltgerät.In an advantageous embodiment of the modular design of the residual current device, this has an interface, such as a mechanical or (and) electrical interface, which signals the exceeding of a residual current limit, in particular to the switching device.
Die mechanische Schnittstelle kann beispielsweise als Stößel ausgestaltet sein. Die elektrische Schnittstelle beispielsweise als geschalteter Relaiskontakt. Die elektrische Schnittstelle kann durch eine Leitung, wie eine Zweidrahtleitung, Koaxilkabel etc. mit dem Schaltgerät verbunden sein. Beispielsweise kann durch Schließen eines Kontaktes in der Fehlerstromschutzeinheit eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises im Schaltgerät initiert werden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Auslösung eines verbundenen Schaltgerätes, wie eines Leistungsschalters, gegeben ist.The mechanical interface can be designed, for example, as a plunger. The electrical interface, for example, as a switched relay contact. The electrical interface can be connected by a line, such as a two-wire line, Koaxilkabel etc. with the switching device. For example, by closing a contact in the residual current device, an interruption of the electrical circuit in the switching device can be initiated.
This has the particular advantage that a particularly simple triggering of a connected switching device, such as a circuit breaker is given.
Erfindungsgemäß wird ferner ein System, aufweisend eine Fehlerstromschutzeinheit in Verbindung mit einem Schaltgerät, insbesondere einen Leistungsschalter, beansprucht. Beide Geräte stehen im Betrieb in Wirkverbindung.According to the invention, a system comprising a fault current protection unit in conjunction with a switching device, in particular a circuit breaker, is also claimed. Both devices are in operative connection during operation.
Erfindungsgemäß wird ferner ein korrespondierendes Verfahren für eine Fehlerstromschutzeinheit für einen Niederspannungsstromkreis mit mehreren Leitern beansprucht, bei dem:
- - ein erster und ein zweiter Detektionskreis vorgesehen ist, mit denen Differenzströme der Leiter ermittelbar sind,
- - bei Überschreitung eines Differenzstromschwellwertes ein Auslösesignal zur Unterbrechung der Leiter des Niederspannungsstromkreises abgegeben wird, beispielsweise über eine Schnittstelle, wie eine mechanische oder elektrische Schnittstelle, oder direkt zu einer Unterbrechungseinheit, so dass eine Unterbrechung des Stromkreises zumindest imitiert wird. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei, wahlweise drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr, unterschiedliche Typen von Fehlerstromschutzschaltercharakteristiken auswählbar.
- a first and a second detection circuit is provided, with which differential currents of the conductors can be determined,
- - When exceeding a Differenzstromschwellwertes a trigger signal for interrupting the head of the low-voltage circuit is discharged, for example via an interface, such as a mechanical or electrical interface, or directly to an interruption unit, so that an interruption of the circuit is at least mimicked. According to the invention, at least two, optionally three, four, five, six, seven, eight or more, different types of residual current circuit breaker characteristics are selectable.
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw. 18, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung der Funktionalität einer Fehlerstromschutzeinheit , insbesondere die Bereitstellung einer Typenauswahl an einem Fehlerstromschutzschalter. All embodiments, both in dependent form relative to the
Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.The described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be explained in connection with the drawing.
Dabei zeigt die Zeichnung:
-
1 eine Funktionsübersicht einer Auswahl verschiedener Typen von Fehlerstromschutzschaltern, -
2 ein erstes Blockschaltbild einer Fehlerstromschutzeinheit , -
3 ein zweites Blockschaltbild einer Fehlerstromschutzeinheit, -
4 ein drittes Blockschaltbild einer Fehlerstromschutzeinheit, -
5 ein viertes Blockschaltbild einer Fehlerstromschutzeinheit, -
6 eine erste Ansicht einer Fehlerstromschutzeinheit , -
7 eine zweite Ansicht einer Fehlerstromschutzeinheit, -
8 eine dritte Ansicht einer Fehlerstromschutzeinheit, -
9 eine vierte Ansicht einer Fehlerstromschutzeinheit, -
10 ein fünftes Blockschaltbild mit einer Fehlerstromschutzeinheit.
-
1 a functional overview of a selection of different types of residual current circuit breakers, -
2 a first block diagram of a residual current device, -
3 a second block diagram of a residual current device, -
4 a third block diagram of a residual current device, -
5 a fourth block diagram of a residual current device, -
6 a first view of a residual current device, -
7 a second view of a residual current device, -
8th a third view of a residual current device, -
9 a fourth view of a residual current device, -
10 a fifth block diagram with a residual current device.
In der ersten Spalte „Stromform“ sind die Stromformen durch Symbole abgebildet, von oben nach unten:
- - rein sinusförmige Wechselfehlerströme,
- - Halbwellen-Wechselfehlerströme
- - Angeschnittene (Phasenanschnitt) Wechselfehlerströme
- - Pulsierende Gleichfehlerströme,
- - höherfrequente Fehlerströme
- - Glatte Gleichfehlerströme
- - purely sinusoidal AC fault currents,
- - Half-wave alternating fault currents
- - Ancillary (phase angle) AC fault currents
- - pulsating DC residual currents,
- - higher frequency fault currents
- - Smooth DC residual currents
In der zweiten Spalte sind die „Ordnungsgemäße Funktion von FI-Schutzeinrichtung des Typs“
Des Weiteren ist angegeben, welcher Typ welche Stromform erfasst.In the second column, the "proper function of residual current device of the type"
Furthermore, it is indicated which type detects which current form.
In der dritten Spalte „Auslösestrom“ ist angegeben, welche Auslöseströme bzw. Auslösestrombereiche und ggfs. Anschnittwinkel (Phasenanschnitt) den jeweiligen Stromformen zugeordnet sind, ggfs. bezogen auf den Differenznennstrom IΔn.In the third column "tripping current" it is indicated which tripping currents or tripping current ranges and, if applicable, lead angle (phase angle) are assigned to the respective current forms, if appropriate with reference to the differential nominal current IΔn.
Mit Typ des Fehlerstromschutzschalters ist insbesondere eine Charakterisierung hinsichtlich der erfassten Stromform(en) oder/und des erfassten Stromfrequenzbereiches gemeint. Wahlweise zusätzlich hinsichtlich des erfassten Strom-Anschnittswinkels.With type of residual current circuit breaker is meant in particular a characterization with respect to the detected current waveform (s) and / or the detected current frequency range. Optionally additionally with regard to the detected current angle.
- -
mehrere Eingangsanschlüsse 1 ,3 ,5 ,NE , für den energiequellenseitigen Anschluss der Fehlerstromschutzeinheit respektive des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters FI an eine Energiequelle, beispielsweise einen Niederspannungsstromkreis bzw. ein Niederspannungsnetz; - -
mehrere Ausgangsanschlüsse 2 ,4 ,6 ,NA für den energiesenkenseitigen Anschluss der FehlerstromschutzeinheitFI an eine Energiesenke, beispielsweise einen Verbraucher; - - mehrere Leiter
L1 ,L2 ,L3 ,N eines zu schützenden Niederspannungsstromkreises, wobei ein erster LeiterL1 zwischen erstem Eingangsanschluss1 und ersten Ausgangsanschluss2 geschaltet ist, dito ein zweiter LeiterL2 zwischen zweitem Eingangsanschluss3 und zweitem Ausgangsanschluss4 , ein dritter LeiterL3 zwischen drittem Eingangsanschluss5 und drittem Ausgangsanschluss6 geschaltet ist, ein vierter Leiter N, z.B. Neutralleiter, zwischen vierten Eingangsanschluss NE und vierten Ausgangsanschluss NA geschaltet ist; - - wobei z.B. die ersten bis dritten Leiter
L1 ,L2 ,L3 Phasenleiter und der vierte Leiter N ein Neutralleiter bzw. Nullleiter eines beispielsweise Dreiphasenwechselstromkreises sind; - - mehrere, z.B. erste bis vierte Kontakte
K1 ,K2 ,K3 , KN mit denen die ersten bis vierten LeiterL1 ,L2 ,L3 ,N elektrisch geöffnet oder geschlossen werden können, wobei ein Kontakt einem Leiter zugeordnet ist; - - eine mit den Kontakten
K1 ,K2 ,K3 ,KN verbundene Unterbrechungseinheit 10 , zum Öffnen (und ggfs. Schließen) der KontakteK1 ,K2 ,K3 ,KN ; - - einen mit der Unterbrechungseinheit
10 verbundene Steuerungseinheit 20 , die ggfs. eine Öffnung der KontakteK1 ,K2 ,K3 ,KN bewirkt; - - einen ersten Summenstromwandler
ZCT1 , dessen Primärseite durch die LeiterL1 ,L2 ,L3 ,N gebildet ist, wobei die Leiter durch den SummenstromwandlerZCT1 hindurchgeführt sind, der Summenstromwandler beispielsweiseals Ringkern 40 , z.B. aus ferromagnetischen Material ausgeführt ist, und der eine erste Sekundärwicklung aufweist, die beispielsweise mehrere Windungen aufweist, wie angedeutet; - - eine mit der ersten Sekundärwicklung verbundene erste Detektionseinheit
50 , die andererseits mit der Steuerungseinheit20 verbunden ist, - - einen zweiten Summenstromwandler
ZCT2 , dessen Primärseite ebenfalls durch die LeiterL1 ,L2 ,L3 , N gebildet ist, wobei die Leiter durch den zweiten SummenstromwandlerZCT2 hindurchgeführt sind, der Summenstromwandler beispielsweiseals Ringkern 60 , z.B. aus ferromagnetischen Material ausgeführt ist, und der eine zweite Sekundärwicklung aufweist, die beispielsweise mehrere Windungen aufweist, wie angedeutet; - - eine mit der zweiten Sekundärwicklung verbundene zweite Detektionseinheit
70 , die andererseits mit der Steuerungseinheit20 verbunden ist.
- -
several input connections 1 .3 .5 .NE for the power-source-side connection of the fault current protection unit or of the residual current circuit breaker FI according to the invention to an energy source, for example a low-voltage circuit or a low-voltage network; - -
several output connections 2 .4 .6 .N / A for the power sink side connection of the residual current deviceFI to an energy sink, for example a consumer; - - several conductors
L1 .L2 .L3 .N a low-voltage circuit to be protected, a first conductorL1 between thefirst input connection 1 andfirst output terminal 2 is switched, ditto a second leaderL2 betweensecond input terminal 3 andsecond output terminal 4 , a third leaderL3 betweenthird input connection 5 andthird output terminal 6 is connected, a fourth conductor N, eg neutral conductor, is connected between the fourth input terminal NE and the fourth output terminal NA; - where eg the first to third conductors
L1 .L2 .L3 Phase conductor and the fourth conductor N are a neutral conductor or neutral, for example, a three-phase AC circuit; - - Several, eg first to fourth contacts
K1 .K2 .K3 , KN with which the first to fourth conductorsL1 .L2 .L3 .N can be electrically opened or closed, wherein a contact is associated with a conductor; - - one with the contacts
K1 .K2 .K3 , KN connected interruptunit 10 , to open (and if necessary close) the contactsK1 .K2 .K3 .KN ; - - one with the interrupt
unit 10 connected control unit 20 , if necessary, an opening of the contactsK1 .K2 .K3 .KN causes; - - A first summation current transformer
ZCT1 whose primary side is through the ladderL1 .L2 .L3 .N is formed, wherein the conductors through the summation current transformerZCT1 passed through, the summation current transformer, for example, as atoroidal core 40 , For example, made of ferromagnetic material, and having a first secondary winding having, for example, a plurality of turns, as indicated; - - A first detection unit connected to the first secondary winding
50 on the other hand with thecontrol unit 20 connected is, - - A second summation current transformer
ZCT2 whose primary side is also through the ladderL1 .L2 .L3 , N, wherein the conductors through the second summation current transformerZCT2 passed through, the summation current transformer, for example, as atoroidal core 60 , For example, made of ferromagnetic material, and having a second secondary winding having, for example, a plurality of turns, as indicated; - - a second detection unit connected to the second secondary winding
70 on the other hand with thecontrol unit 20 connected is.
Funktional erzeugt ein in der ersten oder zweiten Sekundärwicklung induzierter Fehlerstrom, der beispielsweise einen Fehlerstromwert überschreitet, eine Unterbrechung mindestens eines, eines Teils oder aller Leiter, d.h. eine Öffnung eines, eines Teils oder aller Kontakte, so dass der elektrische Stromkreis unterbrochen wird. Die Unterbrechung kann durch eine nicht dargestellte Mechanik unterstützt werden.Functionally, a fault current induced in the first or second secondary winding, which exceeds, for example, a fault current value, generates an interruption of at least one, part or all of the conductors, i. an opening of one, part or all of the contacts so that the electrical circuit is broken. The interruption can be supported by a mechanism, not shown.
Die Steuerungseinheit
Die Auswahleinheit
Die erste Detektionseinheit
Der erste Summenstromwandler
Die zweite Detektionseinheit
Des Weiteren kann ein Netzteil
Die erste Detektionseinheit
Die zweite Detektionseinheit
Mit der Realisierung gemäß
Die Steuerungseinheit
Die Steuerungseinheit
Die erste Detektionseinheit
Die zweite Detektionseinheit
Mit den ersten, zweiten oder/und dritten Filtern
The
The
The
With the first, second and / or
Wenn beispielsweise durch die Auswahleinheit
Wenn beispielsweise durch die Auswahleinheit
In anderen Fällen bzw. alternativ könnte alleinig eine Auswertung durch die erste Detektionseinheit
Das Gehäuse
The
Die Verbindung durch eine elektrische Verbindung
Die Unterbrechungseinheit
Mit Leistungsschalter ist hierbei ein Schutzgerät gemeint, dass ähnlich wie eine Sicherung funktioniert. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels mindestens eines Leiters hindurchfließenden Strom und unterbrechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung bezeichnet wird, wenn Schutzparameter, wie Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte, d.h. wenn ein Stromwert für eine gewisse Zeitspanne vorliegt, überschritten werden. Die Unterbrechung erfolgt beispielsweise durch Kontakte des Leistungsschalters, die geöffnet werden.With circuit breaker in this case a protection device is meant that works much like a fuse. Circuit breakers monitor the current flowing through them through at least one conductor and interrupt the electrical current to an energy sink or consumer, which is referred to as tripping, when protection parameters such as current limits or current-time-out limits, i. if a current value exists for a certain period of time, be exceeded. The interruption occurs, for example, through contacts of the circuit breaker, which are opened.
Insbesondere für Niederspannungsstromkreise bzw. -netze gibt es abhängig von der Höhe des vorgesehenen elektrischen Stromes im elektrischen Stromkreis verschiedene Typen von Leistungsschaltern. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Schalter gemeint, wie sie in Niederspannungsanlagen für Ströme von 63 bis 6300 Ampere eingesetzt werden. Spezieller werden geschlossene Leistungsschalter für Ströme von 63 bis 1600 Ampere, insbesondere von 125 bis 630 oder 1200 Ampere eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden insbesondere für Ströme von 630 bis 6300 Ampere, spezieller von 1200 bis 6300 Ampere verwendet.
Offene Leistungsschalter werden auch als Air Circuit Breaker, kurz ACB, und geschlossene Leistungsschalter als Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleistungsschalter, kurz MCCB, bezeichnet.In particular for low-voltage circuits or networks there are different types of circuit breakers depending on the level of the intended electrical current in the electric circuit. With circuit breaker according to the invention in particular switches are meant, as used in low-voltage systems for currents of 63 to 6300 amps. More specifically, closed circuit breakers are used for currents of 63 to 1600 amps, in particular from 125 to 630 or 1200 amps. Open circuit breakers are used in particular for currents from 630 to 6300 amps, more specifically from 1200 to 6300 amps.
Open Circuit Breakers are also referred to as Air Circuit Breaker, ACB for short, and Molded Case Circuit Breaker or Molded Case Circuit Breaker, MCCB for short circuit breakers.
Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Leistungsschalter mit einer elektronischen Auslöseeinheit, auch als Electronic Trip Unit, kurz ETU, bezeichnet, gemeint.With circuit breaker according to the invention, in particular circuit breaker with an electronic trip unit, also referred to as Electronic Trip Unit, short ETU, meant.
Die erste Detektionseinheit
Die erste Detektionsteileinheit
Die zweite Detektionsteileinheit
The
The
The
Die Steuerungseinheit
Die Auswahleinheit
Die Auswahleinheit kann eine Versorgungsspannung VCC vom Netzteil
The selection unit may supply a supply voltage VCC from the
Das Netzteil
Die Unterbrechungseinheit
Der Kern des ersten oder/und zweiten Summenstromwandlers
In den Detektionseinheiten
Die Detektionseinheiten
Das Gehäuse
Die Verbindung ist dabei beispielsweise durch eine mechanische Schnittstelle bzw. Verbindung
Die Kontakte
The
The connection is for example by a mechanical interface or
The contacts
Alternativ kann auch eine elektrische Auslösung erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer elektronischen Auslöseeinheit des Schaltgerätes, wie z.B. Leistungsschalters.Alternatively, an electrical triggering can be carried out, for example by means of an electronic trip unit of the switching device, such. Circuit breaker.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Funktionalität einer Fehlerstromschutzeinheit bzw. eines Fehlerstromschutzschalters erhöht wird. Mit der Erfindung kann die Typenvielfalt an Fehlerstromschutzschaltern reduziert werden, was Entwicklungs-, Produktions- und Lagerhaltungskosten reduziert.The invention has the advantage that the functionality of a fault current protection unit or a residual current circuit breaker is increased. With the invention, the variety of types of residual current circuit breakers can be reduced, which reduces development, production and storage costs.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the exemplary embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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