DE1057683B

DE1057683B - Ausloeseeinrichtung fuer elektrische Schutzschalter

Info

Publication number: DE1057683B
Application number: DEF24867A
Authority: DE
Inventors: Dr Gottfried Biegelmeier
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Priority date: 1957-03-02
Filing date: 1958-01-22
Publication date: 1959-05-21
Also published as: CH362738A

Description

Die Erfindung betrifft eine Auslöseeinrichtung für elektrische Schutzschalter, vorzugsweise für Fehler-Strom-, Fehlersp.ann.ungs- oder Stationsschutzschalter, bei der die Auslösung durch Ausgleichsvorgänge eingeleitet wird.

Bekanntlich ist bei Schaltgeräten, dieser Art das Problem zu lösen, den Auslösemechanismus, gegebenenfalls unter Verwendung von. Summenstromwandlern, b,erei.ts bei Fehler strömen, von. wenigen Ampere bis zu Bruchteilen eines Ampere zu betätigen. Selbst bei Verwendung geeigneter Keirnfoirmen, hochpermeabler Kernmaterialien und ausreichender Bemessung der Primärwindungszahlen, ist die erzielbare Auslöseenergie zu gering, um bei der sogenannten direkten Schaltung mit Sicherheit die Abschaltung der Geräte zu, erzielen.

Unter diesem Schutzschalter ist in diesem Zusammenhang die direkte Verbindung der Sekundärwicklung des Differentialtransformatoirs mit der Auslösespule des Schaltgerätes zu verstehen,. Die mit dieser Schaltung zu erzielende geringe Auslöseenergie versuchte man. durch mechanisch überempfindliche und daher störanfällige Schalter, durch Herauf setzung der Auslösefehlerströme auf ein oder mehr Ampere sowie durch entsprechende Bemessung der Erdungswiderstände in den Anlagen, bei zukommen.. Den. Anforderungen bezüglich des Schutzes gegen Berührungsspannungen kann mit diesen Maßnahmen ungefähr entsprochen werden.

So ist es beispielsweise bekannt, der Auslösespule eines Schaltgerätes einen Kondensator parallel zu legen, um einerseits die Empfindlichkeit der Auslöseeinrichtung zu steigern und andererseits einen zu stauen, Anstieg des Auslöscstromcs im Kurzschlußfalle zu vermeiden.

Bei Verwendung dieser Schaltgeräte als Brandschutzsdhalter sind die mit diesen Maßnahmen, erzielbarcn Fdiierströme unzulässig hoch.. Im allgemeinen werden für den Brandschutz Auslösefehlerströme von etwa 300 raA und kleiner gefordert. Diese Bedingung war mit ausschlaggebend für den Einsatz von Verstärkerschältungen, die mit Kaltkathodenrelais oder Transistoren arbeiten. Der wesentliche Nachteil dieser Verstärkerciinrichtungen liegt darin, daß als Hilfsspannung die Netzspannung oder eine andere Fremdspannung benutzt wird.

Die Nachteile der oben beschriebenen. Schutzeinrichtungen werden mit Hilfe der Erfindung beseitigt. Erfindungsgemäß erfolgt die Auslösung der Schutzschalter, die durch Ausgleichsvorgänge über fehlerspannungs- oder fehlerstromabhängige Schaltorgane eingeleitet wird, durch im. Auslösekreis in elektromagnetischer oder elektrostatischer Form, gespeicherte Energie. Die Verwirklichung des Erfin-

Auslöseeinrichtung
für elektrische Schutzschalter

Anmelder:

Feiten & Guilleaume Carlswerk

Aktiengesellschaft,
Köln-Mülheim, Schanzenstr. 24/28

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 2. März und 19. November 1957

Dr. Gottfried Biegelmeier, Wien,
ist als Erfinder genannt worden

dungsgedankens liegt in der Aufladung eines Kondensators über einen Gleichrichter, wobei die Energie des Kondensators nadh Ansprechen eines spannungsabhängigen Schaltorgans den Ausgleichsvocgang zur Abschaltung einleitet.

Der wesentliche technische Fortschritt der Auslöseeinrichtung gemäß der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch das Energiespeicherprinzip im Auslösefalle bei hoher Ansprechempfindlichkeit des Schalters Energien zur Verfügung stehen, die wesentlich, höher sind als bei der eingangs beschriebenen direkten Schaltung. Somit kann das Schaltschloß robuster ausgeführt werden, und das Schaltgerät ist weniger störanfällig. Auf diese Weise entsteht eine Verstärkerwirkung, ohne daß eine Fremdspannung notwendig ist.

Es sind auch schon Schutzschalter mit Gasentladungsrohr als Verstärkungseinrichtung bekannt,, bei denen ein Kondensator über einen Gleichrichter aufgeladen wird. Im Auslösefalle wird die gespeicherte Energie des Kondensators zur Zündung der Röhre benutzt, während die Ausschaltung des Schutzschalters durch die Netzspannung über ein Relais erfolgt. Gegenüber dieser in Abhängigkeit des Netzes arbeitenden Auslöseeinrichtung hat die Einrichtung nach der Erfindung den Vorteil, daß keine Netzstörungen, wie Phasen- oder Nulleiterausfall, Überspannungen durch atmosphärische Entladungen usw., den Auslösevorgang irgendwie beeinflussen. Daher werden die Bauelemente der Einrichtung' nur bei

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Fließen eines Fehlerstromes spannungsmäßig be^- ansprucht. Sie besitzen aus diesem Grunde eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer.

Ebenfalls für den Brandschutz weist die Auslöseeinrichtung den Vorteil auf, durch die Energiespeicherung die an der Fehlerstelle frei werdende Energie zu begrenzen. \¥ährend die Auslösezeit des Schalters von der Größe der Fehlerströme abhängig ist, wird die untere Grenzempfindlichkeit durch die minimale Ansprechspannung des spannungsabhängigen Schaltorgans bestimmt. Daraus ergibt sich,, daß die Auslösezeit eines solchen Schalters von der Höhe des Fehlerstromes abhängig ist.

Somit ergeben, sich auch für den Sta.tionsschut.zschalter mit der Auslöseeinrichtung nach der Erfindung bemerkenswerte Vorteile. Die einschlägigen Vorschriften gestatten, daß bei Anwendung der Nullung der Mittelleiter durch Stations schutz schalter mit Fehlerspannungsauslösung überwacht wird, wenn die Nullungsbedingungen nicht erfüllt sind. Die Abschaltung soll aber derart verzögert erfolgen, daß die Schmelzsicherungen in den Anlagen, der Stromabnehmer mit Sicherheit früher ansprechen als die Stationsschutzschalter. Da in der Einrichtung gemäß der Erfindung die Auslösezeit der Schaltgeräte von der Höhe der auftretenden Fehlerspannung abhängig ist, ist somit eine verzögerte Abschaltung des Stationsschutzschalters gewährleistet.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 das Schaltschema für Fehlerspannungsschutzschalter,

Fig. 2 das Schaltschema für Fehlerstromschutzschalter,

Fig. 3 die praktische Ausführung des Prinzips für eine hochempfindliche Auslöseeinrichtung für Fehlerstromschutzschalter und

Fig. 4 die Auslöseeinrichtung für einen Stationsschutzschalter.

In Fig. 1 ist mit 1 der Anpassungstransformator bezeichnet, dessen Primärwicklung 2 mit den Klemmen K und H in der Sdhutzleitung liegt. Mit 3 ist schematisch ein spannungsabhängiges Schaltorgan, beispielsweise eine Glimmlampe oder ein KaItkathodenrelais·, bezeichnet. Wahlweise kann ein Widerstand 4 und ein Kondensator 5 in Serien- oder Parallelschaltung vorgesehen werden.

Übersteigt die Fehlerspannung den zulässigen Grenzwert, so leitet das spannungsabhängige Schaltorgan 3 den Ausgleichsvorgang über die Auslöeespule 6 ein und schaltet den Schalter aus, ohne daß eine Fremdspannung erforderlich ist.

In der Fehlerstromschutzschaltung nach. Fig. 2 bedeutet 7 einen Summenstromwandler, dessen Sekundärwicklung 8 im Auslösekreis des Schalters liegt. Die Elemente dieses Kreises sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.

Die praktische Ausführung dieses Prinzips, die in Fig. 3 dargestellt ist, weist einen Summenstromwandler 9 auf, der über einen Gleichrichter 10 und einen Strombegrenzungswiderstand 11 den als Energiespeicher dienenden Stoßkondensator 12 auflädt. Bei Erreichen des Auslösegrenzfehlerstromes genügt die Spannung, um bei Verwendung eines KaItkathodenrelais 13 über die Hilfsanode, bei Verwendung einer Glimmlampe über die Anode die Zündung einzuleiten. Bei dem in Fig. 3 gezeichneten KaItkathodenrelais wird eine HilfsSpannung über ein ■ Zeitglied 14, das auch eine Potentionieterschaltung enthalten kann, abgenommen. Der Ausgleichsvorgang über die Auslösespule 15 bewirkt die Abschaltung des fehlerhaften Objektes. Wahlweise kann ein Kondensator 16 zur Resonanzüberhöhung der Sekundä.rspannung des Summenstromwandler 9 oder aber auch bei der Gleichrichtung eine Spannungsvervielfachungsschaltung verwendet werden, um eine größere Empfindlichkeit der Einrichtung zu erzielen.

Selbstverständlich, kann, falls es erforderlich ist, der Vorwiderstand 11 zum. Kondensator 12 durch

ίο einen veränderlichen Widerstand, ersetzt werden., um eine beliebige einstellbare Auslöscvcrzögwung zu erreichen. Diese kann bei manchen Anlagen, bei denen während des Einschaltvorganges der natürliche Ableitstrorn eine Spitze aufweist, beispielsweise im. Betrieb von Elektrowärmegeräten, von großer Bedeutung für den einwandfreien Betrieb sein..

Es sei noch erwähnt, daß bei Verwendung einer Glimmlampe als Schaltorgan diese periodisch aufleuchtet, falls aus irgendeinem Grunde der Auslösemechanismus des Schaltgerätes, z. B. durch Verschweißen der Kontakte, versagt. Dieses Warnsignal ist zusätzlich zur Prüftaste gedacht. Aus diesem Grunde ist die Glimmlampe so anzubringen, daß sie bei gebrauchsfertig montiertem Schalter gut. sichtbar ist.

Im Stationsschutz, für den in Fig. 4 ein Beispiel dargestellt ist, kann als Bezugspunkt für die Fehlerspannung in der üblichen Weise eine Hilfserde herangezogen werden, die außerhalb des Spannungstrichters der Betriebserde der Netzstation, errichtet wird.

Der AnpassungstransformatOT 17 der Auslöseeinrichtung liegt also zwischen, dieser Hilfserde und dem Mittelleiter. Er ist mit einer so· hohen Impedanz versehen, daß Schwankungen des Hilfserdewider-Standes von Null bis zu einigen tausend Ohm praktisch ohne Einfluß auf die Auslösespannung bleiben. Nimmt nun, der Mittelpunkt des Netztransformators 19 eine Fehlerspannung an, so wird der Anpassungstransformator 17 erregt und lädt über den Gleichrichter 20 und einen, gegebenenfalls veränderlichen Vorwiderstand 21 den Speicherkondensator 22 auf. Nach Erreichen der gewünschten Auslöseenergie wird über ein spannungsabhängiges Schaltorgan 23, z. B. eine Glimmlampe, der Auslöseimpuls a;uf die Auslösespule 24 des Fehlerspannungsauslösers gegeben. Dadurch wird der Stationsschutzschalteryausgelöst.

Je größer die Fehlerspannung des Mittelleiters ist, um so· schneller erfolgt die Aufladung und damit die Auslösung des Schaltgerätes in Abhängigkeit von der FeMerspannung.

Mit der vorstehend beschriebenen, Erfindung wird auf dem Gebiete der Schutzschaltung ein neuer Weg beschritten. Durch die Unabhängigkeit der Schaltung von einer Fremdspannung, durch die fehlerstromabhängige Auslösezeit, und die Energiespeicherung werden, die Schutzschalter für den. Berührungsspannungsschu'tz, den Brandschutz und den, Stationsschutz wesentlich verbessert werden.

Claims

Patentansprüche: .

1. Auslöseeinrichtung für elektrische Schutzschalter, vorzugsweise Fehlerstrom-, Fehlerspannungs- oder Stationsschutzschalter, bei der die Auslösung durch Ausgleichsvorgänge eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung der Schutzschalter, die durch Ausgleichsvorgänge über fehlerspannungs- oder fehlerstromabhängige Schaltorgane eingeleitet wird, ohne Benutzung einer Fremdspannung, lediglich durch die im Aus-

lösekreis (Sekundärkreis des Summen.stromwan.dlers oder Anpassungstransformators) in elektromagnetischer oder elektrostatischer Form gespeicherte Energie erfolgt.

2. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Gleichrichter (10, 20) ein Kondensator (12, 22) aufgeladen wird, dessen Energie nach Ansprechen eines spannungs- ■ abhängigen Schaltorgans (3, 13, 23) den Ausgleichsvorgang zur Abschaltung einleitet.

3. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung einer größeren Empfindlichkeit der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers (9) ein Resonanzkon,-densator (16) und/oder eine Spannungsvervielfachungsschaltung parallel zugeordnet ist.

4. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (12, 22) über eine Entladungsröhre (Glimmlampe 13, 23), die von einer vorbestimmten Spannung ab stromdurchlässig wird, direkt und fremdspannungslos den Auslöseimpuls gibt.

5. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung des Auslöseimpulses durch einen gegebenenfalls veränderlichen Ladewiderstand. (11, 21) des Kondensators (12, 22) erfolgt.

6. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre (Glimmlampe 23) beim montierten Schalter gut sichtbar angeordnet ist.

7. Auslöseeinrichtung nach Anspruch- 1 bis 6, . dadurch gekennzeichnet, daß Funktionsfehler, wie beispielsweise Verschweißen der Kontaktstücke des Schutzschalters, durch periodisches Aufleuchten der Entladungsröhre (23) erkennbar sind.

8. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerspannung des Mittelleiters entweder unmittelbar oder über einen. Anpassungstransformator (17) und einen Gleichrichter (20) einen Kondensator (22) auflädt, der den Auslöseimpuls über ein spannungs abhängiges Schaltorgan (23) auf die Auslösespule (24) gibt und damit den Schalter direkt, oder indirekt betätigt.

In Betracht gezogene Druckschiriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 257 218; . .

deutsche Auslegeschrift Nr. 1 023 813;
britische Patentschrift Nr. 446 299.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

ι 909 527/337 5.59