DE1183167B

DE1183167B - Combined residual voltage residual current circuit breaker

Info

Publication number: DE1183167B
Application number: DEK45306A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Kriwan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-11-28
Filing date: 1961-11-28
Publication date: 1964-12-10
Also published as: AT249156B

Description

Kombinierter Fehlerspannungs-Fehlersttromschutzschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen kombinierten Fehlerspannungs-Fehlerstromschutzschalter für Drehstromverbraucher zum Schutz elektrischer Anlagenteile gegen gefährliche Berührungsspannungen.Combined residual voltage residual current circuit breaker The invention refers to a combined residual voltage residual current circuit breaker for Three-phase loads for protecting electrical system components against dangerous contact voltages.

Es sind Schutzschalter bekannt, bei denen einem Summenstromwandler die zum Auslösen des Schalters erforderliche Energie entnommen wird, die dann direkt- oder indirekt auf ein Schaltschloß einwirkt und dadurch den Schutzschalter ausklinkt. Der Nachteil dieser bekannten Schutzschalter liegt in der sehr kleinen Leistung, die einem Summenstromwandler durch induzierenden Fehlerstrom abverlangt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die notwendige Auslöseleistung erst während eines Fehlerstroms zustande kommt; dadurch geht bis zur Aufladung des Arbeitskondensators wertvolle Zeit verloren. Auch das Schaltschloß, das den Schutzichalter ausklinken soll, muß seinerseits wegen der zur Verfügung stehenden kleinen Leistung höchste Empfindlichkeit aufweisen, andererseits muß aber eine ausreichende Erschütterungsfestigkeit und absolute Zuverlässigkeit gewährleistet sein, was in der Praxis nicht immer leicht zu erreichen ist. Überdies stellt der Summenstromwandler in bezug auf Symmetrie und Präzision ganz besondere Anforderungen, weil er auch bei unsymmetrischer Leiterbelastung nicht abschalten darf.Circuit breakers are known in which a summation current transformer the energy required to trip the switch is taken, which is then directly or acts indirectly on a switch lock and thereby disengages the circuit breaker. The disadvantage of this known circuit breaker is the very low power, which can be demanded of a summation current transformer by inducing fault current. Another disadvantage is to be seen in the fact that the necessary tripping power is only required occurs during a fault current; this continues until the working capacitor is charged lost valuable time. Also the switch lock that disengages the safety switch should, in turn, because of the small power available, must be the highest Have sensitivity, but on the other hand must have sufficient shock resistance and absolute reliability can be guaranteed, which is not always easy in practice can be achieved. In addition, the summation current transformer provides symmetry and precision have very special requirements, because it can also be used with asymmetrical conductor loads must not switch off.

Es gibt ferner Schutzabschalter, bei denen die Auslöseenergie zwischen dem gegen gefährliche Berührungsspannungen zu schützenden Körper und Erde, Hilfserde oder Nulleiter entnommen wird. Das Kriterium dieser Schutzschalter bildet einzig und allein die Erde, Hilfserde oder der Nulleiter. Bei unsachgemäßen Anschluß, bei unregelmäßigen Erdungswiderständen oder bei Drahtbruch ist ein einwandfreies Funktionieren des Schutzschalters nicht möglich, weil er unbedingt einwandfreie Erdung voraussetzt. Da nach der Inbetriebnahme eines Schutzschalters die Erdungswiderstände nicht mehr überprüft werden, obwohl sich diese bekanntlich sehr beachtlich verändern können, wird die Schutzschaltung nach längerem Gebrauch immer unzulänglicher. Eine weitere Einschränkung, die bei allen bisher bekannten Fehlerstromschutzschaltern gemacht werden muß, betrifft solche Netze, die von Erde isoliert sind. Alle bekannten Schutzschalter können hier nicht eingesetzt werden, weil bei einem einphasigen Körperschluß kein Fehlerstrom zustande kommt, andererseits aber durch doppelte Körperschlüsse oder hohe Schleifenwiderstände gefährliche Berührungsspannungen entstehen, ohne daß der Schutzschalter die Anlage vom Netz trennen kann. Stellt der Fehlerstromschutzschalter schon bei stationären Anlagen hohe Anforderungen an die Schutzordnung, so sind diese bei ortsveränderlichen Anlagen wesentlich schwerer zu erfüllen: Hier kann eine Schutzerdung nur mittels beweglicher Leitung und Steckkontakt angeschlossen werden, wodurch die Gefahr des Leitungsdurchbruches oder schlechter Übergangswiderstände durch die Steckverbindungen wesentlich schwieriger zu beherrschen ist.There are also circuit breakers in which the tripping energy between the body and earth to be protected against dangerous contact voltages, auxiliary earth or neutral is removed. The criterion of this circuit breaker is unique and only the earth, auxiliary earth or the neutral conductor. In the event of improper connection, at Irregular grounding resistance or a wire break is a perfect function of the circuit breaker is not possible because it requires perfect earthing. Since after commissioning a circuit breaker, the earthing resistances no longer be checked, although it is well known that these can change very considerably, the protective circuit becomes increasingly inadequate after prolonged use. Another Restriction made with all previously known residual current circuit breakers must be, concerns such networks that are isolated from the earth. All known circuit breakers cannot be used here, because a single-phase body circuit does not Fault current comes about, but on the other hand through double shorts to frame or high loop resistances dangerous contact voltages arise without the Circuit breaker can disconnect the system from the mains. Provides the residual current circuit breaker Even in the case of stationary systems, there are high requirements for the protection order Much more difficult to meet in the case of portable systems: Protective grounding can be used here can only be connected by means of a flexible cable and plug contact, which means that the Risk of line break-through or poor contact resistance through the plug connections is much more difficult to control.

Eine weitere Art von Schutzschalter macht sich neuerdings die Impulsauslösung zunutze. Die vom Summenstromwandler kommende Energie wird gleichgerichtet und in einem Kondensator gespeichert. Durch Zwischenschaltung einer Glrmmlämpe wird erreicht, daß die gespeicherte Energie im Kondensator nach Erreichen der Glimmlampenzündspannung impulsartig auf ein Relais einwirkt und so den Schutzschalter betätigt. Diese Schaltung hat,den Vorteil, daß die sehr geringe Leistung des Summenstromwandlers durch das Speichern erheblich erhöht werden kann. Der große Nachteil dieser Schaltung liegt jedoch darin, daß das Speichern Zeit erfordert und so bis zur Auslösung wertvolle Sekunden vergehen. Außerdem beginnt der Ladevorgang in :dein Augenblick, da der zu schützende Körper Körperschluß bekommt und abgeschaltet werden müßte.Another type of circuit breaker has recently become the pulse trigger advantage. The energy coming from the summation current transformer is rectified and in stored in a capacitor. By interposing a Glrmmlämpe is achieved, that the energy stored in the capacitor after reaching the glow lamp ignition voltage acts in a pulsed manner on a relay and thus actuates the circuit breaker. This circuit has the advantage that the very low output of the summation current transformer due to the Saving can be increased significantly. The major disadvantage of this circuit lies however, in that the storage takes time and so is valuable until it is triggered Seconds go by. In addition, the charging process begins in: your moment since the body to be protected gets closed and would have to be switched off.

Es ist auch schon eine Schaltanordnung bekanntgeworden, die über einen Spannungsteiler, gebildet durch Glimmlampen oder durch zwei Widerstände, die Steuerspannung entnimmt. Diese wird über eine Spule an das zu schützende Motorgehäuse angelegt. Dadurch, daß die Glimmlampen dauernd brennen, wird die Netzspannung an der Leitung halbiert und über eine Steuerspule an das zu schützende Gehäuse gelegt. Der Körper hat hierdurch einen ungewollten Körperschluß und stellt somit bei Berührung eine Gefahr dar.It has also become known a switching arrangement that has a Voltage divider, formed by glow lamps or two resistors, the control voltage removes. This is applied to the motor housing to be protected via a coil. Because the glow lamps burn continuously, the mains voltage is applied to the line halved and via a control coil to the housing to be protected placed. As a result, the body has an unwanted body closure and thus provides pose a hazard if touched.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung wird die Auslösespannung des Schutzschalters ebenfalls einem Spannungsteiler entnommen, der durch einstellbare Widerstände gebildet wird. Die Steuerspannung für die Glimmlampe wird einem Differentialtransformator entnommen. Dieser bekannte Schutzschalter dient zur Feststellung von Fehlerstömen in elektrischen Anlagen. Er kann nicht zum Schutz gegen Berührungsspannung elektrischer Geräte eingesetzt werden, da er nur auf einen Fehlerstrom anspricht.In another known arrangement, the release voltage of the Circuit breaker also taken from a voltage divider, which can be set by adjustable Resistances are formed. The control voltage for the glow lamp is a differential transformer taken. This known circuit breaker is used to detect fault currents in electrical systems. It cannot protect against electrical contact voltage Devices are used because it only responds to a fault current.

Der erfindungsgemäße Schutzschalter vermeidet die den bekannten Anordnungen anhaftenden Nachteile und zeichnet sich dadurch aus, daß keine Erdleiter oder Nulleiter erforderlich sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Steuerspannung für die Auslösung des Schutzschalters von dem zu schützenden Körper auf einen künstlichen Nullpunkt bezogen wird, unter Zwischenschaltung eines Trenntransformators oder -kondensators.The circuit breaker according to the invention avoids the known arrangements inherent disadvantages and is characterized by the fact that no earth conductor or neutral conductor required are. This is achieved according to the invention in that the control voltage for triggering the circuit breaker from the body to be protected to an artificial one Zero point is referred to, with the interposition of an isolating transformer or capacitor.

Die Schaltleistung, die zum Auslösen des Schutzschalters erforderlich ist, wird zwischen einem künstlichen Nullpunkt (fiktiven Erdpunkt) und einer an sich bekannten Gleichrichter-Sternschaltung entnommen und einem Speicherkondensator über einen Ladewiderstand zugeführt. Durch diese Maßnahme hält der Speicherkondensator die zur Abschaltung des Fehlerstromschutzschalters erforderliche Energie stets bereit, so daß nur noch ein Auslösesignal zur Abschaltung erforderlich ist. Außerdem wird der Schutzschalter durch den künstlich geschaffenen Nullpunkt unabhängig von jeder Erde, so da:ß letztlich der Erdungswiderstand keine Bedeutung für die Funktionstüchtigkeit des Schalters hat. Der Schalter kann daher auch bei ortsveränderlichen Stromverbrauchern eingesetzt werden, außerdem auch in Anlagen, die ohne Erdungsleiter verlegt worden sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die irn Kondensator gespeicherte Energie, die zum Auslösen des Schutzschalters dient, beliebig vergrößert werden kann, ohne daß dadurch die Ansprechzeit oder die Empfindlichkeit des Schutzschalters beeinträchtigt wird.The switching capacity required to trip the circuit breaker is, is between an artificial zero point (fictitious earth point) and an known rectifier star connection and a storage capacitor fed via a charging resistor. As a result of this measure, the storage capacitor holds the energy required to switch off the residual current circuit breaker is always available, so that only one trigger signal is required for shutdown. Also will the circuit breaker by the artificially created zero point independent of each Earth, so that: ß Ultimately, the earth resistance has no significance for the functionality of the switch has. The switch can therefore also be used with portable electricity consumers can also be used in systems that have been laid without an earthing conductor are. Another advantage of the invention is that the stored in the capacitor Energy that is used to trigger the circuit breaker can be increased as required can without affecting the response time or the sensitivity of the circuit breaker is affected.

Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung wird die zum Auslösen des Schutzschalters erforderliche Energie nicht dem Speicherkondensator entnommen, sondern direkt zwischen dem künstlichen Nullpunkt und der Gleichrichter-Sternschaltung.In another embodiment of the invention, the for Tripping the circuit breaker required energy not the storage capacitor taken, but directly between the artificial zero point and the rectifier star connection.

Durch, die galvanische Trennung des Schatzschalterleiters von dem zu schützenden Körper: mittels eines Trennkondensators wird erreicht, daß kein schädlicher Strom Tiber den Schutzschalter an den Körper gelangen kann.By the galvanic separation of the treasure switch conductor from the body to be protected: by means of a separating capacitor it is achieved that no harmful Electricity through the circuit breaker can reach the body.

Andererseits gnügt aber schon ein kleiner Fehlerstrom, der über die Vervielfacherschaltung an den Steuerkondensator gelangt, diesen bis zur Zündspannung der Hilfselektrode auflädt und dann die. Hauptentladung einleitet. Will man eine verzögerte Ansprechnung erreichen, so muß der Steuerkondensator vergrößert werden; soll die Ansprechempfindlichkeit verringert werden, so ist der parallel zum Steuerkondensator liegende Widerstand zu verkleinern.On the other hand, a small fault current that flows through the Multiplier circuit reaches the control capacitor, this up to the ignition voltage the auxiliary electrode charges and then the. Initiates main discharge. Do you want one achieve delayed response, the control capacitor must be increased; if the response sensitivity is to be reduced, it is parallel to the control capacitor to reduce lying resistance.

Besonders hervorzuheben ist noch, daß auch die Steuerspannung zwischen dem zu schützenden Körper und dem künstlich geschaffenen Nullpunkt entnommen wird.Particularly noteworthy is that the control voltage between is taken from the body to be protected and the artificially created zero point.

Die Zeichnung zeigt schematisch die Schaltung eines Fehlerstromschutzschalters gemäß der Erfindung; in einem Ausführungsbeispiel.The drawing shows schematically the circuit of a residual current circuit breaker according to the invention; in one embodiment.

Der Speicherkondensator 3 entnimmt über eine an sich bekannte Gleichrichter-Sternschaltung 1 und insbesondere erfindungsgemäß über einen künstlich geschaffenen Nullpunkt 4 seine Energie aus den drei Leitern des Drehstromnetzes. Der im Zuge dieses Strompfades liegende Ladewiderstand 2 begrenzt den Ladestrom und bestimmt die Ladedauer. Parallel zum Speicherkondensator 3 liegt eine Glimmlampe 5 oder ein Halbleiterelement mit dem Zweck; die Ladespannung des Speicherkondensators 3 unter der Zündspannung der Hauptstrecke des Glimmrelais 6 zu halten.The storage capacitor 3 draws its energy from the three conductors of the three-phase network via a known rectifier star circuit 1 and in particular according to the invention via an artificially created zero point 4. The charging resistor 2 in the course of this current path limits the charging current and determines the charging time. A glow lamp 5 or a semiconductor element with the purpose of; to keep the charging voltage of the storage capacitor 3 below the ignition voltage of the main section of the glow relay 6.

Sobald nun der gegen gefährliche Berührungs# spannungen zu schützende Körper 9 einen Körperschluß 10 erfährt, wird über die Vervielfachers tung 12 und den Steuerkondensator 11 die Zündung der Hilfselektrode 18 eingeleitet. In diesem Augen- blick sinkt die Zündspannung der Hauptent'laüustrecke weit unter die Ladespannung des Speicherkondensators 3, und dieser entlädt sich impulsartig auf das Schaltschloß 16 oder auf ein anderes S relais und trennt damit das schadhafte Gerät vom Netz. Parallel zum Steuerkondensator 11 liegt ein Widerstand 14: Durch Vergrößern oder Verkleinern desselben kann die Empfindlichkeit des Fehlerstromschutzschalters 8 beliebig verändert werden. Zur Prüfung der Funktionstüchtigkeit des Fehlerstromsehutzschalters dient die eingebaute Taste 15. As soon as the body 9 to be protected against dangerous contact voltages experiences a short to the body 10, the ignition of the auxiliary electrode 18 is initiated via the multiplier 12 and the control capacitor 11. In this view, the ignition voltage of the eye Hauptent'laüustrecke decreases far below the charging voltage of the storage capacitor 3, and this discharges a pulsed manner on the switching mechanism 16 or the relay to a different S and thus separates the defective device from the mains. A resistor 14 is located parallel to the control capacitor 11: the sensitivity of the residual current circuit breaker 8 can be changed as desired by increasing or reducing it. The built-in button 15 is used to check the functionality of the residual current circuit breaker.

Claims

Claims: 1. Combined residual voltage residual current circuit breaker for three-phase consumers to protect electrical system components against dangerous contact voltages; characterized; that the control voltage for. the triggering of the circuit breaker by the protective body (9) is related to an artificial zero point (4) , with the interposition of an isolating transformer or capacitor.

2. Residual current circuit breaker according to claim 1, characterized in that the necessary to trigger the circuit breaker Energy taken with the interposition of a charged storage capacitor will.

3. Residual current circuit breaker according to spoke 1:, .. and 2; characterized, that the. Tripping the circuit breaker required energy directly between an artificial zero point and a known rectifier star connection is taken from:

4. Residual current circuit breaker according to claim 3: to 3, characterized in that the artificial zero point (4) consists of three equal resistors (18) which have an ohmic, inductive or capacitive character.

5. Residual current circuit breaker according to Ans, 4, characterized in that parallel to the Resistors (18), which form the artificial zero point (4), capacitors (19) be switched.

6. Residual current circuit breaker according to claim 2 and 3; through this marked that the in Spei cher capacitor (3) stored Voltage through resistor, glow lamp (5) or semiconductor connected in parallel is kept below the ignition voltage of the glow relay tube (6).

7. Fault current circuit breaker according to claim 2, 3 and 6, characterized in that the storage capacitor (3) is charged independently of a fault current (10). B.

Residual current circuit breaker according to Claims 1 to 7, characterized in that the control voltage is multiplied by diodes (12) and capacitors (11, 17).

9. Residual current circuit breaker according to claim 1 to 8, characterized in that the sensitivity can be adjusted by connecting resistors (14) in parallel to the control capacitor (11) or the delayed disconnection of the circuit breaker (8) by increasing the control capacitor (11). Considered publications: German Patent Nos. 714 701, 689 806, 656 795; German interpretative document No. 1057 683.