DE1141367B - Protection circuit with residual current circuit breaker - Google Patents

Protection circuit with residual current circuit breaker

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DE1141367B DESCH29443A DESC029443A DE1141367B DE 1141367 B DE1141367 B DE 1141367B DE SCH29443 A DESCH29443 A DE SCH29443A DE SC029443 A DESC029443 A DE SC029443A DE 1141367 B DE1141367 B DE 1141367B
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Description

Schutzschaltung mit Fehlerstrom-Schutzschalter Die Erfindung bezieht sich auf Fehlerstrom-Schutzschaltungen zum Schutz elektrischer Anlagen.Protection circuit with residual current circuit breaker The invention relates on residual current protective circuits to protect electrical systems.

Bei Fehlerstrom-Schutzschaltungen werden Fehlerströme - in den meisten Fällen durch einen Summenstromwandler - erfaßt. Wenn der Fehlerstrom einen bestimmten Wert, den Auslösestrom, überschreitet, sollen durch den Fehlerstrom-Schutzschalter die Zuleitungen und ein etwa vorhandenerMp-Leiter allpolig innerhalb 0,1 Sekunde abgeschaltet werden. Die einzelnen Anlagenteile sind dabei so-zu erden, daß beim Fließen des Auslösestromes über den Erder des AnlagenteilsdieseskeinezuhoheBerührungsspannung gegen Erde annehmen kann.In residual current circuit fault currents are - in most cases by a summation current transformer - detected. If the fault current exceeds a certain value, the tripping current, the fault current circuit breaker should switch off the supply lines and any existing MP conductor on all poles within 0.1 seconds. The individual parts of the system are to be earthed in such a way that when the tripping current flows through the earth of the part of the system, the contact voltage to earth cannot be too high.

Durch die Fehlerstrom-Schutzschaltung erreicht man, daß kein Anlagenteil eine zu hohe Berührungsspannung annimmt. Mensch und Tier sind beim Auftreten von Fehlern in der Anlage vor gefährlichen Spannungen geschützt. Darüber hinaus ist auch die Gefahr eines Brandes infolge eines Fehlerstromes vermindert, da die Energie* am Fehlerort wegen des niedrig liegenden Auslösestromes in den meisten Fällen nicht ausreicht, einen Brand zu entfachen.The residual current protection circuit ensures that no part of the system assumes too high a contact voltage. Humans and animals are at the occurrence of Faults in the system are protected from dangerous voltages. In addition, is also reduces the risk of fire as a result of a fault current, since the energy * In most cases not at the fault location because of the low tripping current enough to start a fire.

Dennochkannesvorkommen,daßineinemAnlagenteil ein Fehlerstrom fließt, der größer ist als der Auslösestrom des Fehlerstrom-Schutzschalters und der nicht das Abschalten des Schutzschalters bewirkt. Es ist dabei auch möglich, daß Anlagenteile eine gefährliche Berührungsspannung erhalten können. Ein solcher höherer Fehlerstrom kann dann zustande kommen, wenn außer dem Auftreten eines Fehlers in der Anlage der Mp-Leiter hinter dem Fehlerstrom-Schutzschalter Erdschluß hat.Nevertheless, it can happen that a fault current flows in a part of the system, which is greater than the tripping current of the residual current circuit breaker and which is not causes the circuit breaker to switch off. It is also possible that parts of the system can receive dangerous contact voltage. Such a higher fault current can occur if, in addition to the occurrence of an error in the system the MP conductor behind the residual current circuit breaker has an earth fault.

Das Zustandekommen eines derartigen hohen Fehlerstromes soll mit Hilfe der Fig. 1 erläutert werden. Der Netztransformator 1 ist über die Stempunkterde R, geerdet. 2 stellt den Fehlerstrom-Schutzschalter mit dem Summenstromwandler 3 dar. R2 sei der nicht gewünschte Erdwiderstand des Mp-Leiters (ordnungsgemäß wäre R2 = oc.), Rr der Übergangswiderstand der Fehlerstelle und R3 der Erdwiderstand des zu schützenden Gerätes. Beim Auftreten eines Fehlers fließt der tatsächliche Fehlerstrom 13, der sich entsprechend der Erdwiderstände in einen Anteil 12 und einen Anteil I, aufteilt. 12 fließt in entgegengesetzter Richtung von 13 durch den Wandler 3 und kompensiert zum Teil die von 13 hervorgerufene Durchflutung. Der Wandler wird von der Differenz 13-12 = Il erregt. Die Rechnung ergibt folgende Beziehung: Wenn man für den Widerstand Ri = 2 Ohm (nach VDE 0100/11.58 § ION Ziff. 3) annimmt und der Mp-Leiter unerwünscht eine gleich gute Erdverbindung hat (R2 = 2 Ohm), löst der Fehlerstrom-Schutzschalter erst bei einem Fehlerstrom aus, der gleich dem doppelten Auslösestrom des Schalters ist; d. h., ein Schalter für 0,3 A Auslösestrom würde erst bei einem Fehlerstrom 13 von 0,6 auslösen. Das ist gefährlich, da der Fehlerstrom 13 am Erdwiderstand & des zu schützenden Gerätes eine unzulässig hohe Berührungsspannung entstehen lassen kann.The existence of such a high fault current will by means of Fig. 1 will be explained. The mains transformer 1 is earthed via the star point earth R. 2 shows the residual current circuit breaker with the summation current transformer 3. Let R2 be the undesired earth resistance of the Mp conductor (correctly R2 = oc.), Rr the contact resistance of the fault location and R3 the earth resistance of the device to be protected. When a fault occurs, the actual fault current 13 flows, which is divided into a component 12 and a component I according to the earth resistance. 12 flows in the opposite direction from 13 through the converter 3 and partially compensates for the flow caused by 13. The converter is excited by the difference 13-12 = II. The calculation gives the following relationship: If the resistance Ri = 2 ohms (according to VDE 0100 / 11.58 § ION No. 3) is assumed and the Mp conductor has an undesirably good earth connection (R2 = 2 ohms), the residual current circuit breaker will only trip in the event of a residual current which is equal to twice the tripping current of the switch; d. In other words, a switch for 0.3 A tripping current would only trip with a fault current 13 of 0.6 . This is dangerous because the fault current 13 at the earth resistance & of the device to be protected can cause an impermissibly high contact voltage.

Es genügt nicht, einmal vor Inbetriebnahme der Anlage den Mp-Leiter auf seine Erdschlußfreiheit zu untersuchen. Der Mp-Leiter muß vielmehr laufend darauf überwacht werden, daß er anlagenseitig erdfrei ist. Denn in gleicher Weise wie ein Außenleiter kann aucli der Mp-Leiter im Laufe der Zeit Erdschluß bekommen, so daß dann bei einem Fehler eines der Außenleiter, wie oben beschrieben, der Fehlerstrom nahezu beliebig groß werden kann, ohne daß der Fehlerstrom-Schutzschalter abschaltet.It is not enough to simply connect the MP conductor before commissioning the system to examine whether it is free from earth faults. Rather, the MP leader has to keep on top of it monitored that it is floating on the system side. Because in the same way as a Outer conductor can also get earth fault over time, so that the Mp conductor then in the event of a fault in one of the outer conductors, as described above, the fault current can be almost any size without the residual current circuit breaker switching off.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzschaltung mit Fehlerstrom-Schutzschalter anzugeben, die die Nachteile der bisher bekannten Fehlerstrom-Schutzschaltung vermeidet. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in den Mittelleiter einer Anlage eine Kleinspannung eingefügt ist. Erfindungsgemäß kann die Kleinspannung hinter dem Fehlerstrom-Schutzschalter transfonnatorisch erzeugt sein.The object of the invention is to provide a protective circuit with a residual current circuit breaker specify which avoids the disadvantages of the previously known residual current protective circuit. This object is achieved according to the invention in that one in the center conductor System a low voltage is inserted. According to the invention, the low voltage be generated downstream of the residual current circuit breaker.

Wenn jetzt der Mittelleiter anlagenseitig Erdschluß erhält, fließt ein Kurzschlußstrom, der von der Kleinspannung über die Sternpunkterde und über den Erdwiderstand des Mittelleiters getrieben wird, durch den Fehlerstrom-Schutzschalter. Bei genügender Größe dieses Kurzschlußstromes löst der Schalter aus. Man erhält somit eine einfache Überwachung des Mittelleiters auf anlagenseitigen Erdschluß. Tritt ein solcher Erdschluß auf, wird vom Fehlerstrom-Schutzschalter die Anlage abgeschaltet.If the center conductor now receives a ground fault on the system side, it flows a short-circuit current that comes from the extra-low voltage via the star point earth and via the earth resistance of the center conductor is driven by the residual current circuit breaker. With enough The switch triggers the size of this short-circuit current the end. This provides a simple means of monitoring the center conductor on the plant side Earth fault. If such a ground fault occurs, the residual current circuit breaker the system switched off.

Es ist bereits eine Schutzschaltung bekanntgeworden, bei der das zu schützende Gerät durch eine induktionsfreie Kontrolleitung mit der Erde und dem Nulleiter verbunden ist, wobei die Kontrollleitung mit einer zweiten Leitung einen Stromkreis bildet, in welchem ein durch eine Kleinspannung hervorgerufener Kontrollstrom fließt. Die Kleinspannung liegt hierbei parallel zu einem Teil des Mittelleiters und ist nicht wie bei der erfindungsgemäßen Anordnung in den Mittelleiter eingefügt. Die Wirkungsweise der bekannten Anordnung besteht darin, daß infolge der angelegten Kleinspannung ein Ruhestrom über ein Einschaltrelais fließt, welches in angezogenem Zustand das zu schützende Gerät einschaltet. Ein Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß der Ruhestrom nicht mehr ausreicht, das Relais zu halten, wenn die Übergangswiderstände in der Anlage groß werden. Das Relais fällt dann ab und schaltet auch die zu schützende Anlage aus. Bei der bekannten Anordnung sind außerdem zwei Schutzleiter erforderlich, wodurch sich die Installation sehr verteuert.A protective circuit has already become known in which that too protective device through an induction-free control line with the earth and the Neutral conductor is connected, the control line having a second line Forms a circuit in which a control current caused by a low voltage flows. The extra-low voltage is parallel to part of the center conductor and is not inserted into the center conductor as in the arrangement according to the invention. The mode of operation of the known arrangement is that as a result of the applied Low voltage a quiescent current flows through a switch-on relay, which is activated State switches on the device to be protected. A disadvantage of this arrangement is therein to see that the quiescent current is no longer sufficient to hold the relay when the Contact resistances in the system become large. The relay then drops out and switches also select the system to be protected. In the known arrangement there are also two Protective conductor required, which makes the installation very expensive.

In Weiterentwicklung des Erfindungsgegenstandes ist der Mittelleiter nahe vor dem Schalter geerdet. Es wird durch diese Maßnahme ein besonders kleiner Widerstand für die Schleife erzielt, durch die der von der Kleinspannung getriebene Kurzschlußstrom fließt. Es ist damit möglich, bereits durch eine Spannung von einigen Volt einen zur Auslösung des Schalters genügenden Kurzschlußstrom zu erzeugen.The center conductor is a further development of the subject matter of the invention grounded close to the switch. This measure makes it a particularly small one Resistance achieved for the loop through which the low voltage driven Short-circuit current flows. It is thus possible already by a tension of some Volts to generate a short-circuit current sufficient to trigger the switch.

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Schaltung beispielsweise dargestellt. Eine nicht näher gezeichnete Anlage werde vom Transformator 5 über den Fehlerstrom-Schutzschalter 6 mit dessen Summenstromwandler 7 gespeist. Hinter dem Fehlerstrom-Schutzschalter werde erfindungsgemäß eine Kleinspannung U2 mittels Transformator 8 in den Mp-Leiter eingefügt. Die Kleinspannung U2 kann auch vor dem Fehlerstrom-Schutzschalter in den Mp-Leiter eingefügt sein, ohne daß die nachfolgend beschriebene Wirkungsweise geändert wäre. Solange der Mp-Leiter anlagenseitig erdfrei ist, hebt die Spannung U2 das Potential des Mp-Leiters lediglich um einen kleinen Betrag an, stört jedoch die sonstigen elektrischen Verhältnisse der Anlage nicht. Erhält jetzt der Mp-Leiter Erdschluß - dargestellt durch den Widerstand R4 -, so fließt ein Kurzschlußstron-4 der von der Spannung U2 getrieben wird, über R4 und die Betriebserde & des Transformators 5. Der Kurzschlußstrom durchsetzt den Summenstromwandler 7 und bewirkt bei genügender Größe, daß der Fehlerstrom-Schutzschalter abschaltet.In Fig. 2, the circuit according to the invention is shown for example. A system not shown in detail is fed from the transformer 5 via the residual current circuit breaker 6 with its summation current transformer 7. According to the invention, a low voltage U2 is inserted into the Mp conductor behind the residual current circuit breaker by means of a transformer 8. The low voltage U2 can also be inserted into the Mp conductor before the residual current circuit breaker, without the mode of operation described below being changed. As long as the Mp conductor is floating on the system side, the voltage U2 only increases the potential of the Mp conductor by a small amount, but does not interfere with the other electrical conditions in the system. If the MP conductor now receives a ground fault - represented by the resistor R4 - a short-circuit current 4, which is driven by the voltage U2 , flows through R4 and the operating earth & of the transformer 5. The short-circuit current passes through the summation current transformer 7 and, if the size is sufficient, causes it that the residual current circuit breaker switches off.

Wenn man annimmt, daß U2 = 3 V (etwa 1,4% von 220 V) beträgt, die Betriebserde des Transformators 5 R5 = 2 Ohm und der Auslösestrom des Schalters 0,3 A groß ist, so würde der Schalter bei einem Widerstand R4 = 8 Ohm abschalten. Nach der eingangs genannten Gleichung (R2 in Fig. 1 entspricht B4 in Fig. 2, R, in Fig. 1 entspricht & in Fig. 2) ergibt sich ein Verhältnis von 13 : Il = 1,25. Das heißt, ein tatsächlicher Fehlerstrom 13 (Fig. 1) kann nur um maximal 25% größer werden als der Auslösestrom des Schalters. Er kann nicht mehr nahezu jeden beliebigen Wert annehmen, wie es ohne die Überwachung der Erdschlußfreiheit des Mp-Leiters auf der Anlagenseite möglich wäre. Durch Erhöhen der Spannung U2 wird der Widerstand R4, bei dem der Schalter bei Erdschluß des Mp-Leiters auslöst, noch größer als 8 Ohm, so daß damit die Abweichung des tatsächlichen Fehlerstroms 13 vom Nennauslösestrom des Schalters kleiner als 25% gemacht werden kann.Assuming that U2 = 3 V (about 1.4% of 220 V), the operating earth of the transformer 5 R5 = 2 ohms and the tripping current of the switch is 0.3 A , the switch would with a resistor R4 = Switch off 8 ohms. According to the equation mentioned at the beginning (R2 in Fig. 1 corresponds to B4 in Fig. 2, R, in Fig. 1 corresponds to & in Fig. 2) the result is a ratio of 13 : II = 1.25. This means that an actual fault current 13 (FIG. 1) can only be a maximum of 25% greater than the tripping current of the switch. It can no longer assume almost any value, as would be possible on the plant side without monitoring the absence of earth faults in the Mp conductor. By increasing the voltage U2 , the resistor R4, at which the switch trips in the event of a ground fault in the Mp conductor, is still greater than 8 ohms, so that the deviation of the actual fault current 13 from the rated trip current of the switch can be made less than 25%.

Günstig ist es weiterhin, wenn der Mp-Leiter kurz vor dem Fehlerstrom-Schutzschalter geerdet wird (R6 in Fig. 2). Man wird den Erdwiderstand dieser Erdung & stets kleiner als 0,5 Ohm halten können, wenn man als Erdleitung z. B. den vorhandenen Erdleiter der Anlage verwendet. Wenn man wiederum für U., = 3 V ansetzt, würde ein 0,3-A-Fehlerstrom-Schutzschalter bei einem Widerstand & = 9,5 Ohm (R6 = 0,5 Ohm) abschalten. Man erhält ein Verhältnis Ein tatsächlicher Fehlerstrom 13 kann also nur noch maximal 5,3% größer werden als der Neunauslösestrom des Fehlerstrom-Schutzschalters. Dies wird man stets in Kauf nehmen können, zumal die Exemplarstreuungen der Auslöseströme verschiedener Fehlerstrom-Schutzschalter in dieser Größenordnung liegen.It is also beneficial if the MP conductor is grounded shortly before the residual current circuit breaker (R6 in FIG. 2). You will be able to keep the earth resistance of this earthing & always less than 0.5 ohms if you use z. B. used the existing earth conductor of the system. If one again assumes U. = 3 V, a 0.3 A residual current circuit breaker would switch off at a resistance of & = 9.5 ohms (R6 = 0.5 ohms). You get a relationship An actual fault current 13 can therefore only be a maximum of 5.3% greater than the new tripping current of the residual current circuit breaker. This can always be accepted, especially since the specimen variations in the tripping currents of various residual current circuit breakers are of this order of magnitude.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schutzschaltung mit Fehlerstrom-Schutzschalter, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mittelleiter einer Anlage eine Kleinspannung eingefügt ist. PATENT CLAIMS: 1. Protection circuit with residual current circuit breaker, characterized in that a low voltage is inserted in the center conductor of a system. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleinspannung (U2) hinter dem Schalter (6) mittels Transformator (8) erzeugt wird. 3. SchutzschaltungnacheinemderAnsprüchel und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelleiter (Mp) nahe vor dem Schalter (6) geerdet (R6) ist. 2. Protection circuit according to claim 1, characterized in that the low voltage (U2 ) is generated behind the switch (6) by means of a transformer (8). 3. Protection circuit according to claims and 2, characterized in that the center conductor (Mp) is grounded (R6) close to the switch (6) . In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1093 467.Documents considered: German Auslegeschrift No. 1093 467.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3959693A (en) * 1972-01-18 1976-05-25 Westinghouse Electric Corporation Ground fault interrupter apparatus with means protecting against a grounded neutral condition
USRE28996E (en) * 1967-04-14 1976-10-05 Harvey Hubbell Incorporated Ground leakage differential protective apparatus

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1093467B (en) * 1959-09-29 1960-11-24 Rudolf Neuschwander Protective circuit for reliable electrical contact protection

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