DE1140634B - Safety switch for protection against electrical leakage currents - Google Patents
Safety switch for protection against electrical leakage currentsInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
M46684Vfflb/21cM46684Vfflb / 21c
ANMELDETAG: 28. SEPTEMBER 1960 REGISTRATION DATE: SEPTEMBER 28, 1960
BEKANNTMACHUN G
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 6. DEZEMBER 1962 NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF
EDITORIAL: DECEMBER 6, 1962
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sicherheitsschalter für elektrische Geräte zum Schutz von Personen gegen elektrische Kriechströme und zur selbsttätigen Überprüfung elektrischer Anlagen.The invention relates to a safety switch for electrical equipment to protect Persons against electrical leakage currents and for the automatic checking of electrical systems.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Auslösung eines Sicherheitsschalters in elektrischen Installationen in allen Fällen bewirkt, die zu einer Gefährdung führen können.The present invention has for its object to provide a device that triggers a Safety switch in electrical installations in all cases that lead to a hazard can.
Es sind dies:These are:
1. die Stärke des zwischen der Phase und Erde durch den menschlichen Körper oder einen sonstigen leitenden Körper abgeleiteten Kriechstromes ;1. the strength of the between the phase and earth by the human body or one other conductive bodies of derived leakage current;
2. die Stärke des zulässigen über die Erdleitung abfließenden Fehlerstromes;2. the strength of the permissible fault current flowing through the earth line;
3. das elektrische Potential des Nulleiters im Verhältnis zur Erde;3. the electrical potential of the neutral conductor in relation to earth;
4. der Ohmsche Widerstand der Erdleitung.4. The ohmic resistance of the earth line.
Als Schutzvorrichtung gegen einen von der zufällig berührten Netzphase oder einer mit der Netzphase verbundenen metallischen Masse durch einen Körper unmittelbar zur Erde gehenden Kriechstrom sind Schalter gebräuchlich, die vom Sekundärstrom eines Transformators gesteuert werden, der mit zwei einander entgegengeschalteten Primärwicklungen in den Phasenleitungen bzw. der Nulleitung des zu schützenden Gerätes angeordnet ist. Hierbei wird die Unsymmetrie zwischen den die Phasenzuleitungen und den die Nulleiter durchfließenden Strömen ausgenutzt, die durch die genannten Kriechströme herbeigeführt wird (unabhängig davon, ob diese Kriechströme durch den menschlichen Körper gehen oder einen sonstigen Weg nehmen). Im Hinblick darauf, daß die lebensgefährlichen Ströme nur geringe Stärke besitzen, müssen die den Schalter auslösenden Relais außerordentlich leicht ansprechen.As a protection device against one of the accidentally touched mains phase or one with the mains phase connected metallic mass are leakage current going directly to earth through a body Switches in use, which are controlled by the secondary current of a transformer, which with two each other opposing primary windings in the phase lines or the neutral line of the to be protected Device is arranged. The asymmetry between the phase leads and exploited the currents flowing through the neutral conductor, the leakage currents mentioned is brought about (regardless of whether these leakage currents go through the human body or take another route). With a view to the fact that the life-threatening currents only have low strength, the relays triggering the switch must respond extremely easily.
Diese bekannten Schutzvorrichtungen sind bei den zahlreichen Geräten, bei denen durch Vorhandensein von Wasser, Dampf oder Kondenswasser die Masse vorübergehend ein Potential annehmen kann und die über eine gesonderte Erdleitung geerdet sind, normalerweise nicht verwendbar. Der über die Erdleitung abfließende Fehlerstrom bewirkt zwar ebenfalls eine Unsymmetrie zwischen den die Phasenzuleitungen und den Nulleiter durchfließenden Strömen, jedoch ist die zulässige Stärke dieses Fehlerstromes größer als die zulässige Stärke des durch einen Körper fließenden Kriech-Erdstromes. Falls daher bei einem solchen Gerät das elektrische Potential der Masse einen Höchstwert, der für Sicherheitsschalter zum Schütze gegen elektrische KriechströmeThese known protective devices are in the numerous devices in which by presence of water, steam or condensation the mass can temporarily assume a potential and the are earthed via a separate earth line, cannot normally be used. The one over the earth line The leakage current also causes an asymmetry between the phase leads and currents flowing through the neutral conductor, but this is the permissible level of this fault current greater than the permissible strength of the leakage earth current flowing through a body. If Therefore, in such a device, the electrical potential of the ground has a maximum value for Safety switch to protect against electrical leakage currents
Anmelder:Applicant:
Jacques Morel, Paris, und Robert Moser, St. Gallen (Schweiz)Jacques Morel, Paris, and Robert Moser, St. Gallen (Switzerland)
ίο Vertreter: Dr. K.-R. Eikenberg, Patentanwalt, Hannover, Am Klagesmarkt 10-11ίο Representative: Dr. K.-R. Eikenberg, patent attorney, Hanover, Am Klagesmarkt 10-11
Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 2. Oktober 1959 (Nr. 806 618)Claimed priority: France of October 2, 1959 (No. 806 618)
Jacques Morel, Paris,Jacques Morel, Paris,
und Robert Moser, St. Gallen (Schweiz),and Robert Moser, St. Gallen (Switzerland),
sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors
gewöhnlich mit etwa 24 Volt festgelegt ist, z. B. infolge eines direkten Kontaktes zwischen Phase und Masse oder einer schadhaften Erdleitung überschreitet, können die bekannten Schutzvorrichtungen nicht die Bedingung erfüllen, unabhängig voneinander auf die verschieden großen Unsymmetrien anzusprechen, die durch einen maximal zulässigen Kriech-Erdstrom durch einen Körper und einen maximal zulässigen Fehlerstrom durch die Erdleitung hervorgerufen werden. Man beschränkte sich deshalb bisher darauf, ein Relais der oben beschriebenen Art mit geringerer Empfindlichkeit zu verwenden, indem in die Erdleitung ein Widerstand eingebaut wurde, der so bemessen ist, daß die Spannung zwischen Gerät und Erde auf eine gefahrlose Höhe begrenzt wird. Der Schutz besteht jedoch nur so lange, wie eine voll wirksame Erdleitung tatsächlich vorhanden ist.is usually set at about 24 volts, e.g. B. as a result of direct contact between phase and Ground or a defective earth line, the known protective devices do not meet the condition of responding to the differently large asymmetries independently of one another, by a maximum permissible leakage earth current through a body and a maximum permissible fault current caused by the earth line. So far one has therefore limited oneself insist on using a relay of the type described above with a lower sensitivity by adding in A resistor was built into the earth line, which is dimensioned in such a way that the voltage between the device and earth is confined to a safe altitude. However, the protection only lasts as long as one is full effective earth line actually exists.
4" Es ist auch bereits eine Überwachungseinrichtung vorgeschlagen worden, bei der ein mit je einer Primärwicklung in Gegeneinanderschaltung in den Phasenzuleitungen abgeordneter Transformator nur dann eine Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung erzeugt, wenn ein Stromanteil über die Erdleitung abfließt. Mit der in der Sekundärwicklung erzeugten Spannung wird daher über ein Relais das Gerät abgeschaltet, wenn ein Masseschluß im Gerät auftritt.4 "It is also already a monitoring device have been proposed in which one with a primary winding in each other connected in the Phase feeders of the secondary transformer only have an output voltage in the secondary winding generated when a portion of the current flows through the earth line. With the one in the secondary winding The voltage generated is therefore switched off via a relay if there is a short to ground in the device occurs.
Die Erfindung löst für einen Sicherheitsschalter, bei welchem ein Relais von der Sekundärwicklung eines Transformators gespeist wird, dessen Primär-The invention solves for a safety switch in which a relay from the secondary winding a transformer whose primary
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wicklungen einander entgegengeschaltet sind und in eine Waschmaschine), dessen Masse durch eine Erdden Phasenzuleitungen und der Nullzuleitung des zu leitung M-T über einen Widerstand RM von unschützenden Gerätes liegen und beim Überschreiten gefahr 50 Ohm geerdet ist. Es sei ferner angenommen, des zulässigen Höchstwertes eines direkt durch den daß an das Netz noch ein weiteres elektrisches Gerät 3 menschlichen Körper gehenden Kriech-Erdstromes 5 angeschlossen ist, das nicht geerdet ist. einen Magnetfluß hervorrufen, der zum Auslösen des Die Erfindung hat den Zweck, eine derartige AnRelais ausreicht, die gestellte Aufgabe dadurch, daß lage gegen jede Elektrisierungsgefahr zu sichern, der Transformator eine zusätzliche Primärwicklung Diese Gefahr kann verschiedenen Ursprungs sein, enthält, die in der Erdleitung liegt und deren Windungs- Beispielsweise kann es bei einer schlechten Isolierung zahl von der Windungszahl der Primärwicklungen io der Leitungen oder durch Wasser, Dampf oder des Phasenleiters und des Nulleiters derart abweichend Kondenswasser zwischen der Phasenleitung Ph und gewählt ist, daß im Transformator durch den in der der Masse des Gerätes 2 oder 3 zu einem Schluß 4 Erdleitung fließenden Fehlerstrom erst bei einer kommen. Im Falle des Gerätes 3 kann dadurch die höheren Stärke der gleiche Magnetfluß erzeugt wird, Masse des Gerätes auf ein elektrisches Potential gewie ihn der zulässige Höchstwert des direkt durch 15 langen, das nahe der Betriebsspannung liegen kann, den menschlichen Körper gehenden Kriech-Erd- Dieses Potential ist gefährlich, denn es kann einen stromes im Transformator hervorruft. durch den menschlichen Körper zur Erde abgeleiteten Eine solche Vorrichtung gestattet die Überwachung Kriechstrom verursachen, dessen Stärke den Höchstder Größe des direkt von der Phase durch einen wert Idh überschreitet, der mit maximal 40 MiOi-Körper zur Erde abgeleiteten Kriechstromes oder 20 ampere angenommen wird, je nach den jeweils eines Schadens am Gerät, der durch Berührung mit geltenden Sicherheitsvorschriften aber auch davon sekundären Massen einen Kriechstrom hervorruft, abweichen kann. Im Falle des Gerätes 2 besitzt zwar sowie schließlich die Überwachung der Stärke des die Erdleitung M-T einen ausreichend kleinen Widerdurch die Bauart zugelassenen, durch die Erdleitung stand, so daß die Masse dieses Gerätes normalerabgehenden Fehlerstromes. Vorteilhaft kann die 25 weise nicht eine gefährliche hohe Spannung annehmen Vorrichtung noch so ergänzt werden, daß auch die kann. Es ist jedoch von Vorteil, den über die Erdbeiden weiter oben erwähnten zusätzlichen Über- leitung M-T abgeleiteten Fehlerstrom zu ermitteln, wachungsfunktionen erfüllt werden können. Dies sobald dessen Stärke einen zulässigen Höchstwert Idc wird dadurch erreicht, daß zwischen einem Punkt des — beispielsweise 200 Milliampere — überschreitet Nulleiters, der dem Verbraucher näher liegt als dessen 30 und damit zu einer Gefahrenquelle werden kann. Primärwicklung, und einem Punkt des Erdleiters, Weiterhin kann die Erdleitung durch Ansteigen des der zum Erdungspunkt näher liegt als die im Erd- Ohmschen Widerstandes RM oder durch Beschädileiter liegende zusätzliche Primärwicklung, ein Zusatz- gung ganz oder teilweise unwirksam werden, so daß widerstand eingebaut ist. im Ergebnis auch die Masse des Gerätes 2 einwindings are oppositely connected to each other and in a washing machine), the mass of which is grounded by a grounding of the phase leads and the neutral lead of the to line MT via a resistor RM of unprotecting device and when it is exceeded risk 50 ohms is earthed. It is also assumed that the permissible maximum value of a creeping earth current 5 which is directly connected to the network by another electrical device 3 human body is connected, which is not earthed. cause a magnetic flux, which is sufficient to trigger such an AnRelais, the task posed by the fact that the transformer contains an additional primary winding against any danger of electrification For example, if the insulation is poor, the number of turns of the primary windings io of the lines or by water, steam or the phase conductor and the neutral conductor condensation water between the phase line Ph and is selected in such a way that in the transformer by the in the the ground of the device 2 or 3 to a circuit 4 earth line flowing fault current only come with one. In the case of device 3, the higher strength of the same magnetic flux can be generated, massing the device to an electrical potential such as the maximum permissible value of the creep-earth that goes directly through the human body through 15 long, which can be close to the operating voltage Potential is dangerous because it can cause a current in the transformer. Such a device allows the monitoring of leakage currents, the magnitude of which exceeds the maximum of the magnitude of the leakage current derived directly from the phase by a value Idh assumed with a maximum of 40 MiOi bodies to earth or 20 amps, each depending on the damage to the device that causes a leakage current through contact with applicable safety regulations but also secondary masses. In the case of the device 2, and finally the monitoring of the strength of the ground line MT has a sufficiently small resistance allowed by the design, stood by the ground line, so that the mass of this device normal outgoing fault current. Advantageously, the device cannot accept a dangerous high voltage, nor can it be supplemented in such a way that it can also. However, it is advantageous to determine the fault current derived via the earth two above-mentioned additional transfer line MT , monitoring functions can be fulfilled. This as soon as its strength reaches a maximum permissible value Idc , in that between a point of - for example 200 milliamps - the neutral conductor exceeds that which is closer to the consumer than its 30 and can thus become a source of danger. Primary winding, and a point of the earth conductor. Furthermore, the earth line can become completely or partially ineffective by increasing the one which is closer to the earthing point than the additional primary winding lying in the earth ohmic resistance RM or through the damage conductor, an additional supply, so that resistance is built in . as a result, the mass of the device 2 is also included
Die Größe des Zusatzwiderstandes wird so ge- 35 Potential erreichen kann, das oberhalb eines Höchstwählt, daß die Stärke des infolge eines den vor- wertes Uci liegt und lebensgefährlich ist. Schließlich bestimmten Wert überschreitenden Potentials des kann auch der Nulleiter N der Anlage, z. B. infolge Nulleiters durch den Zusatzwiderstand zur Erde ab- eines Widerstandes, der durch Lockerung einer geleiteten Stromes — welcher derart einen Kriech- Schiene des Nulleiters erzeugt ist, auf ein abnormes strom darstellt, der die Wicklung des Nulleiters 40 Potential Un gebracht werden, durchfließt — dem zulässigen Höchstwert des durch Im Sicherheitsschalter befindet sich ein Transeinen Körper zur Erde abgeleiteten Kriechstromes formator 5 mit einer Anzahl von Primärwicklungen 6, gleich ist, wodurch die Auslösung des Schalters her- die von den zu überwachenden Phasenströmen bzw. beigeführt wird. Diese Bauweise gestattet im übrigen vom Strom des Nulleiters durchflossen werden. Der die gleichzeitige Überwachung sowohl der Berühr ungs- 45 Transformator ist so angeordnet, daß eine vektorielle spannung zwischen der metallischen Masse des Summierung der durch die einzelnen Primärwick-Gerätes und der Erdung als auch des Ohmschen lungen induzierten Magnetflüsse stattfindet. Bei der Widerstandes der Erdung. Eine solche Berührungs- in der Zeichnung dargestellten einphasigen Anspannung kann nur dann eintreten, wenn der Ohm- Ordnung der Anlage werden zwei Primärwicklungen 6 sehe Widerstand der Erdung zu hoch ist, so daß der 50 von gleicher Windungszahl benötigt, die einander Zusatzwiderstand von einem Kriechstrom durch- entgegenwirken und von denen die eine in der flössen wird, der gleichzeitig sowohl die Primär- Phasenleitung Ph und die andere in dem Nulleiter N wicklung des Nulleiters als auch die zusätzliche liegt. Der Transformators besitzt darüber hinaus Primärwicklung der Erdleitung durchfließt. noch eine zusätzliche Wicklung 7 von abweichenderThe size of the additional resistance can be reached in such a way that the potential is above a maximum value that the strength of the value U c i as a result of one lies and is life-threatening. Finally, the potential exceeding a certain value can also be the neutral conductor N of the system, e.g. B. as a result of the neutral conductor through the additional resistance to earth from a resistance, which by loosening a conducted current - which is generated in such a way a creeping rail of the neutral conductor, represents an abnormal current, which the winding of the neutral conductor 40 potential U n is brought, In the safety switch there is a leakage current transformer 5 with a number of primary windings 6, which is the same as the permissible maximum value of the leakage current in the safety switch. This design also allows the current of the neutral conductor to flow through it. The simultaneous monitoring of both the contact 45 transformer is arranged so that a vectorial voltage takes place between the metallic mass of the summation of the magnetic fluxes induced by the individual primary winding device and the grounding as well as the ohmic lungs. At the resistance of the earthing. Such a contact single-phase tension shown in the drawing can only occur if the ohmic order of the system is two primary windings 6 see Resistance of the grounding is too high, so that the 50 of the same number of turns needs the additional resistance of a leakage current through each other - counteract and one of which is in the flow, which is at the same time both the primary phase line Ph and the other in the neutral N winding of the neutral conductor and the additional one. The transformer also has a primary winding through which the earth line flows. an additional winding 7 of a different one
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der 55 Windungszahl, welche zwischen den Leitungsteilen M Erfindung an Hand der Zeichnung, welche das und T der Erdleitung M-T angeschlossen ist. Die Schema einer mit einem erfindungsgemäßen Sicher- Sekundärwicklung 8 des Transformators 5 liegt in heitsschalter ausgerüsteten elektrischen Anlage zeigt, Serie mit der Wicklung 9 eines Relais 10, dessen annäher beschrieben. gezogener Anker 11 über Kontakte den Sicherheits-Below is an embodiment of the 55 number of turns, which is connected between the line parts M invention with reference to the drawing, which the and T of the ground line MT . The diagram of an electrical system equipped with a safety switch according to the invention secondary winding 8 of the transformer 5 is shown in series with the winding 9 of a relay 10, which is described in more detail. pulled armature 11 over contacts the safety
Der Sicherheitsschalter befindet sich in einem 60 schalter öffnet, wobei sowohl in der Phasenleitung Ph The safety switch is located in a 60 switch opens, whereby both in the phase line Ph
schematisch durch die gestrichelte Linie 1 dargestellten als auch in der Nulleitung N je ein Schaltkontakt 12A switching contact 12 each shown schematically by the dashed line 1 and also in the neutral line N.
Gehäuse und liegt als Niederspannungsanlage in einer angeordnet ist. Wenn die jeweils gültigen Sicherheits-Housing and is arranged as a low-voltage system in a. If the applicable safety
Phasenleitung Ph und dem Nulleiter N des Netzes. Vorschriften eine Trennung des Nulleiters verbieten,Phase line Ph and the neutral conductor N of the network. Regulations prohibit a separation of the neutral conductor,
An den Nullpunkt des Netzes ist ein Erdleitungs- entfällt der betreffende Schaltkontakt 12. Der SchalterAt the zero point of the network, there is no earth wire, the relevant switching contact 12. The switch
widerstand RM angeschlossen, dessen Wert beispiels- 65 kann von Hand aus mittels eines Druckknopfes 13resistor RM connected, its value for example 65 can be set manually by means of a push button 13
weise 1 Ohm betragen kann. ausgeschaltet und mittels eines Druckknopfes 14can be 1 ohm. switched off and by means of a push button 14
Es sei angenommen, daß das Netz ein elektrisches wieder eingeschaltet werden. An den Nulleiter N Assume that the network will be turned on an electrical again. To the neutral conductor N
Gerät 2 speist (z. B. eine Heizplatte, einen Ofen oder zwischen Verbraucher und Primärwicklung 6 einer-Device 2 feeds (e.g. a heating plate, an oven or between the consumer and the primary winding 6 of a
seits und an den Leitungsteil T zwischen Primärwicklung 7 und Erde andererseits ist ein Widerstand 16 angeschlossen.side and to the line part T between primary winding 7 and earth on the other hand, a resistor 16 is connected.
Bei normalem Betrieb, d.h. wenn keinerlei Kriechstrom oder Fehlerstrom vorhanden ist, werden die Primärwicklungen 6 von gleich starken Strömen durchflossen und ergeben Induktionen, deren Vektorensumme gleich Null ist. Damit bleibt die Sekundärwicklung 8 völlig stromlos.During normal operation, i.e. when there is no leakage current or fault current, the Primary windings 6 flowed through by equally strong currents and result in inductions whose Vector sum is zero. The secondary winding 8 thus remains completely currentless.
Tritt jedoch ein gelegentlicher Schluß 4 zwischen der Phase und der Masse eines nicht geerdeten Gerätes ein, und wird dabei ein durch den menschlichen Körper zur Erde abgeleiteter Kriechstrom gebildet, so ergibt sich in den durch die Wicklungen 6 erzeugten Induktionen eine Unsymmetrie, und die resultierende Induktion erzeugt in der Sekundärwicklung 8 einen Strom. Dieser Sekundärstrom muß ausreichen, um das Relais 10 zum Ansprechen zu bringen und damit den Sicherheitsschalter zu öffnen, sobald die Stärke Idh des Kriechstromes den genannten vorbestimmten Wert 40 Milliampere übersteigt. Die Stromempfindlichkeit des Relais 10 ist eine Funktion der Windungszahl /Vo der Wicklung 6. Die Schwelle der Relaisauslösung soll mithin bei einer Amperewindungszahl 7Vz erreicht sein, die gleich ist Noldh. Legt man einen Wert von 1200 mNi zugrunde, ergibt sich mit Idh = 40 Milliampere: /Vo = 30 Windungen.If, however, an occasional short 4 occurs between the phase and the ground of a non-earthed device, and a leakage current is formed which is diverted through the human body to the earth, then there is an asymmetry in the inductions generated by the windings 6, and the resulting induction generates a current in the secondary winding 8. This secondary current must be sufficient to cause the relay 10 to respond and thus to open the safety switch as soon as the strength Idh of the leakage current exceeds the predetermined value mentioned above 40 milliamperes. The current sensitivity of the relay 10 is a function of the number of turns / Vo of the winding 6. The threshold of relay tripping should therefore be reached at a number of ampere turns 7Vz, which is equal to Noldh. Based on a value of 1200 mNi , Idh = 40 milliamps: / Vo = 30 turns.
Man erkennt, daß durch die Anordnung der Wicklungen 6 bei jedem Kriechstrom, der über die Masse mit einer den zulässigen Wert für Idh übersteigenden Stromstärke abfließt, das Relais betätigt und der Schalter geöffnet wird.It can be seen that, due to the arrangement of the windings 6, the relay is actuated and the switch is opened for each leakage current that flows through the mass with a current intensity exceeding the permissible value for Idh.
Bei dem Sicherheitsschalter durchfließt jeder von der Masse des Gerätes 2 über die Erdleitung M-T abgeleitete Fehlerstrom /' die Wicklung 7. Bei /Vi Windungen für diese Wicklung wird der dadurch erzeugte Magnetfluß im Transformator proportional /Vi/'. Durch den Kriechstrom ϊ wird aber auch bei den im Phasenleiter und im Nulleiter fließenden Strömen eine Unsymmetrie erzeugt, die zu einer entsprechenden Unsymmetrie des durch die Wicklungen 6 im Transformator induzierten Magnetflusses mit dem Wert /Vo/' führt. Die beiden Magnetflüsse No i' und /Vi/', deren durch die Bauart des Transformators bedingte Vorzeichen einander entgegengesetzt sind, addieren sich vektoriell. Ihre Vektorensumme ist also gleich (/Vi-/Vb)/', gleichgültig wie groß der die beiden Wicklungen 6 durchfließende Betriebsstrom ist. Da einerseits die Auslösung des Relais vor sich gehen soll, wenn die Stromstärke /' den zulässigen Wert Idc für den durch die Erdung abgeleiteten Fehlerstrom übersteigt (wobei Idc ein Vielfaches von Idh ist), andererseits das Relais aber ansprechen soll, wenn die Induktion im Transformator gleich /Vo Idh ist, muß der Transformator der GleichungIn the case of the safety switch, any fault current / 'derived from the earth of the device 2 via the earth line MT flows through the winding 7. With / Vi turns for this winding, the magnetic flux generated in the transformer is proportional to / Vi /'. However, the leakage current ϊ also creates an asymmetry in the currents flowing in the phase conductor and in the neutral conductor, which leads to a corresponding asymmetry of the magnetic flux induced by the windings 6 in the transformer with the value / Vo / '. The two magnetic fluxes No i ' and / Vi /', the signs of which are opposite to one another due to the design of the transformer, add vectorially. Their vector sum is therefore equal to (/ Vi- / Vb) / ', regardless of how large the operating current flowing through the two windings 6 is. Since, on the one hand, the relay should be triggered when the current strength / ' exceeds the permissible value Idc for the fault current derived through the earth (where Idc is a multiple of Idh ), on the other hand, the relay should respond when the induction in the transformer equals / Vo Idh , the transformer must be the equation
Dabei sind Idc und Idh vorbestimmte Werte, und /Vo ist mit Rücksicht auf die zu erreichende Empfindlichkeit gewählt, so daß die für die Wicklung 7 erforderliche Windungszahl /Vi ebenfalls feststeht. Beispielsweise ergibt sich für den Fall Idc = 200 Milliampere und Idh = 40 Milliampere bei /Vo = 30 Windungen : /Vo = 36 Windungen. Idc and Idh are predetermined values, and / Vo is selected with regard to the sensitivity to be achieved, so that the number of turns / Vi required for winding 7 is also fixed. For example, in the case of Idc = 200 milliamperes and Idh = 40 milliamperes with / Vo = 30 turns: / Vo = 36 turns.
Das Potential des Nulleiters gegen Erde, das im allgemeinen seinen Ursprung im Netz hat, ergibtThe potential of the neutral conductor to earth, which generally has its origin in the network, results
ίο einen durch den Widerstand 16 abgeleiteten Strom, der die Wicklung 6 des Nulleiters, aber weder die Wicklung 6 des Phasenleiters noch die zusätzliche Primärwicklung 7 der Erdleitung durchfließt. Wenn die Stärke dieses Stromes gleich Idh ist, öffnet sich der Schalter in der oben beschriebenen Weise. Ist Un das maximal zulässige Potential des Nulleiters, so soll der Wert rn des Widerstandes 16 so gewählt werden, daßίο a current diverted through the resistor 16, which flows through the winding 6 of the neutral conductor, but neither the winding 6 of the phase conductor nor the additional primary winding 7 of the earth line. When the strength of this current is equal to Idh , the switch opens in the manner described above. If U n is the maximum permissible potential of the neutral conductor, then the value r n of the resistor 16 should be chosen so that
r„ + RM = r " + RM =
Un,U.N,
IdhIdh
gilt. Beträgt das maximal zulässige Potential Un 22 Volt, so erhält manis applicable. If the maximum permissible potential U n is 22 volts, one obtains
rn + RM =r n + RM =
= 550 Ohm,= 550 ohms,
und dies ergibt:and this results in:
rn = 500 Ohm, RM = 50 Ohm. r n = 500 ohms, RM = 50 ohms.
Falls die Größe des Widerstandes RM unzulässig ansteigt, so erscheint an der Masse des Gerätes 2 bei einem Mangel der kontrollierten Anlage ein Potential Uci, welches einen Strom ergibt, der zum Nulleiter fließt und dabei die zusätzliche Primärwicklung 7, den Widerstand 16 und die Primärwicklung 6 der Nulleitung durchfließt. Die Stärke dieses Stromes ist eine Funktion des Potentials Uci bzw. der Berührungsspannung zwischen der Masse und dem Nulleiter bei einer Stärke rn des Widerstandes 16 und des Erdungswiderstandes RM. If the size of the resistor RM increases impermissibly, a potential U c i appears at the ground of the device 2 in the event of a deficiency in the controlled system, which results in a current that flows to the neutral conductor and thereby the additional primary winding 7, the resistor 16 and the Primary winding 6 of the neutral line flows through. The strength of this current is a function of the potential U c i or the contact voltage between the ground and the neutral conductor at a strength r n of the resistor 16 and the grounding resistor RM.
Wird der Widerstand RM in der Erdleitung unendlich, so gilt für den zwischen Masse und Nulleiter fließenden StromIf the resistance RM in the earth line becomes infinite, then applies to the current flowing between earth and neutral conductor
U1 U 1
'ei'egg
rn r n
Dieser Strom /" durchfließt gleichzeitig die zusätzliche Primärwicklung 7 und die Primärwicklung 6 des Nulleiters und wirkt in der Folge wie ein Kriechstrom durch die Erdleitung, erzeugt aber zwischen der Phase und der Nulleitung keine Unsymmetrie. Die Unsymmetrie des Flusses wirdThis current / "flows through the additional Primary winding 7 and the primary winding 6 of the neutral conductor and subsequently acts like a leakage current through the earth line, but does not create any imbalance between the phase and the neutral line. The asymmetry of the flow will
/Vi/" = /Vi/ Vi / "= / Vi
Ue 1Ue 1
rn r n
genügen.suffice.
(/Vi-/V0) Idc = /V0 Idh (/ Vi- / V 0 ) Idc = / V 0 Idh
N0 N 0
IdcIdc
(Ni-N0) Idh(Ni-N 0 ) Idh
weil RN vernachlässigbar ist, und das Relais spricht in dem Augenblick an, in dem diese Unsymmetrie den Wert No Idh erreicht. Daraus ergibt sich, daß der Schalter bei einer Berührungsspannungbecause RN is negligible, and the relay responds the moment this asymmetry reaches the value No Idh . It follows that the switch at a touch voltage
/Vi/ Vi
IdhIdh
(Idc+Μή(Idc + Μή
- m Idc- m Idc
öffnet.opens.
Für die vorangehend genannten Zahlenwerte für /Vo, /Vi, Idh und rn liegt die Spannung Uci bei 16,6VoIt.For the aforementioned numerical values for / Vo, / Vi, Idh and r n , the voltage U c i is 16.6VoIt.
Ist der Widerstand RM nicht unendlich, so erzeugt die Berührungsspannung einen Strom i', der den Widerstand RM durchfließt und daher eine Induktion JVo z' durch die Wicklungen 6 und eine entgegengesetzte Induktion Ni Ϊ durch die Wicklung 7 sowie einen zum Nulleiter fließenden Strom i" durch den Widerstand rn ergibt. Von diesem letztgenannten Strom wird eine Induktion JVo z" durch die Phasenwicklung 6 und eine entgegengesetzte Induktion AOz" durch die Nulleiterwicklung 6 und eine weitere entgegengesetzte Induktion Ni i" durch die Wicklung 7 der Erdleitung erzeugt. Die die Sekundärwicklung durchquerende Induktion ist also gleich (Ni-No)i' +Nii". Wird dieser Wert dem zulässigen Maximum Noldh gleichgesetzt, so ergibt sich:If the resistance RM is not infinite, the contact voltage generates a current i ' which flows through the resistance RM and therefore an induction JVo z' through the windings 6 and an opposite induction Ni Ϊ through the winding 7 as well as a current i "flowing to the neutral conductor is given by the resistance r n. From this last-mentioned current induction jvo z "through the phase winding 6 and an opposing induction ADF" through the neutral conductor winding 6 and a further opposed induction Ni i "is generated by the coil 7, the ground line. The induction traversing the secondary winding is therefore equal to (Ni-No) i '+ Nii ". If this value is set equal to the permissible maximum Noldh, the result is:
UcUc
(JVi-JVo) ■%£ + JVi ^- = JV0M .(JVi-JVo) ■% £ + JVi ^ - = JV 0 M.
Aus dieser Beziehung läßt sich (unter Benutzung der vorangehend genannten Zahlenwerte für JVo, JVi und IdH) die Höhe der Berührungsspannung Uci, welche die Auslösung des Schalters bei einem Erdungswiderstand RM von 100 Ohm und einem Widerstand rn von 500 Ohm bewirkt, zu 9 Volt errechnen.From this relationship (using the numerical values mentioned above for JVo, JVi and IdH) the level of the contact voltage U c i, which triggers the switch at a ground resistance RM of 100 ohms and a resistance r n of 500 ohms, can be Calculate 9 volts.
Die in der vorangehenden Beschreibung erörterten Zahlenangaben für die Bemessung der einzelnen innerhalb des Sicherheitsschalters zu berücksichtigenden Werte sind nicht zwingend, sondern lediglich auf bestimmte vorausgesetzte Anforderungen an den Schalter abgestellt. Bei anders gelagerten Anordnungen können diese Zahlenwerte ohne weiteres entsprechend geändert bzw. angepaßt werden.The numerical data discussed in the preceding description for the dimensioning of the individual Values to be taken into account within the safety switch are not mandatory, only based on certain prerequisites for the switch. In the case of other arrangements these numerical values can easily be changed or adapted accordingly.
3535
Claims (3)
Britische Patentschrift Nr. 648 207.Considered publications:
British Patent No. 648 207.
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