DE1588896A1 - Fehlerstromschutzschalter mit zusaetzlicher UEberstromausloesung - Google Patents

Fehlerstromschutzschalter mit zusaetzlicher UEberstromausloesung

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DE1588896A1 DE19671588896 DE1588896A DE1588896A1 DE 1588896 A1 DE1588896 A1 DE 1588896A1 DE 19671588896 DE19671588896 DE 19671588896 DE 1588896 A DE1588896 A DE 1588896A DE 1588896 A1 DE1588896 A1 DE 1588896A1
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Description

PATENTANWALT DIPL.-ING, OTTO BERMÜHLER
8 MÜNCHEN 2.3, Öen dbgbnihldstrassb .TBLBBON Ji 44 S*
MHHtieH 13 BaHÜ AG. MfiniieH 35/3±l6s
BHTK.: MBINB AKTE 1483/^
IHR ZEICHEN:
UlTINORM ANSTALT in Vaduz (Fürstentum Liechtenstein)
Fehlerstromschutzschalter mit zusätzlicher ÜberStromauslösung
Fehlerstromschutzschalter für elektrische Verteilungssysteme wurden bisher überwiegend als Lastschalter ausgelegt, die lediglieh eine Schutzfunktion gegen unzulässige Erdfehlerströme ausüben·
0098 86/0 37
Es besteht jedoch in der Praxis ein starker Bedarf nach derartigen Schaltern mit zusätzlicher Überstromschutzfunktion· Einerseits ermöglicht diese ein knapperes Dimensionieren des Schutzschalters auf seinen Nennstrom (und nicht den kleinen Prüfstrom einer vorgeschalteten Schmelzsicherung gleichen Nennstroms), anderseits erhöht sie die gesamt Schutzquälitat des Schalters, da sie den Überlastungsschutz von der inhärenten Ungenauigkeit der Schmelzsicherungen samt deren Handhabungsproblemen befreite
Als schutztechnisches Ideal muß nach dem gegenwärtigen Stand der Technik ein Schalter angesehen werden, der Berührungsspannungsschutz nach dem Prinzip des FehlerStromschutzes mit Überlastungs- und Kurzschlußschutz vereinigt· Hierfür wurden bislang keine voll befriedigenden Lösungen gefunden, weil Kombinationen von Summenstromwandlern, Bimetallauslösern und Kurzschlußauslösespulen wirtschaftlich zu kostspielig sind«
Eine Reihe von Patentschriften "jüngeren Datums beziehen sich zwar auf einfachere Lösungen, die jedoch von einer Lösung des angegebenen Idealwunsches mehr oder weniger weit entfernt sind. So ist z.B. in der österreichischen Patentschrift Nr* 220 695 eine Anordnung beschrieben, die durch Anwendung eines hochempfindlichen Fehlerstromschutz-Magnetauslösers wenigstens einen zusätzlichen Kurzschluß-
009886/0378 " 3 "
g jedoch keinen Überlastungsschutz erzielte ludere Lösungisa beruhen auf einer zusätzlichen Drehkeilentklinkung :ües-"SehaltsehXosses dank einer Bimetalldureiibi©gung9 die ύο& der Tnxi©ntemp©'r;atur im engen Schaltergehäuse rufen wirdj damit 'wird auf einen eingebauten versichtetο Eine weitere Methode (©sterro Patentschrift-Ur0 235 956) sieht im Magnetauslöser weichmagnetisch©® Material mit niedrigem Curiepunkt vors wobei der Auslöser als Sperrmagnet 'ausgebildet isto Hier wirkt naturgemäß die Umgebungstemperatur0 auf die Charakteristik des FehlerstroE=· sehut&es ein, das heißt, daß bei tiefen Temperaturen der Auslösegrensstrom ansteigt«.Dies - ist Tom Standpunkt eines verläßlichen.Berührungsspannungsschutzes unzulässig« Schließ lich ist aus der deutschen Auslegeschrift Nr, 1 188 706 auch di@ Anordnung einer Überstrom- und einer Kurzschlußauslösung bei l'ehlerstromsclautzschaltern bekannt gewordene Bei den Selbstschaltern.u&ter-Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters* mit;-Sumenstromwandler'gemäß .dieser Auslegeschrift den'einzelnen Netzphasen zugeordnete, auf Über—
oder Kurzschluß ansprechende Meßglieder (Kurzschluß- ■ sagae*fe©9 thermisch© Auslöser) beim Auslasen einen Strom— lsr©ias der über eine besondere Betätigungswicklung (Tertiärwicklung) des Summenstromwandlers führt·
Erfindungsgemäß liegt bei einem Fehlerstromschutzschalter mit zusätzlicher Überstromauslösung ein innerhalb des
- 4 - : 009886/0378,
Summenstromwandlers angeordneter Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand) im Stromkreis einer zweiten, von der fehlerstromerregten ersten Wicklung des - vorzugsweise als Haltemagnet ausgelegten - Magnetauslösers galvanisch völlig getrennten Wicklung, welcher Stromkreis mit Hilfe von Stromwandlern in den Phasenleitern von einer Spannung gespeist wird, die somit eine Funktion der in den Phasenleitern fließenden Ströme ist«>
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnung, in der einige Ausfünrungsbeispiele dargestellt sind·
Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild,
Fig. 2 Einzelheiten eines dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbild entsprechenden Fehlerstromschutzschalters,
Fig· 3 eine vorteilhafte Ausbildung des Summenstromwandler s und
Fig· 4 eine Auslösekennlinie·
Fig· 1 zeigt einen Fehlerstromschutzschalter, der nach einem der bekannten remanentmagnetischen Auslöeeprinzipien arbeitet, wobei der Auslöeeaagnet 7 über zwei galvanisch getrennte Auslösefiricklungen w^, W2 verfügt. Die eine (w^.) der beiden Wicklungen wird in gewohnter Weise von der Sekundärwicklung
009886/0378
des Summenstromwandler 1 erregt· Die zweite Auslöserwicklung W2 bildet in Serie alt einem NTC-Widerstand 2, demnach einem Widerstand mit negativer Temperaturcharakteristik, einen von der Wicklung W-. galvanisch völlig getrennten Stromkreis, was zunächst jede gegenseitige elektrische Beeinflussung ausschließt· Wesentliches Hauptmerkmal der Erfindung ist nun die Anordnung des NTC-WiderStandes 2 innerhalb des Summenstromwandlers 1, den man "bei Fehlerstromschutzschaltern schlechthin als Wärmenest bezeichnen kann und dessen Temperatur ein Maß für die Ströme in den Netzleitern darstellt· Dieser Stromkreis aus dem NTC-Widerstand und der zweiten Auslöserwicklung Wg wird von einer Spannung gespeist, die mit Hilfe eines Stromwandlers (oder mehreren . Stromwandlern 3) als Funktion der Ströme in den Phasenleitern abgeleitet wird·
Wie Fig· 2 zeigt, erfolgt diese Ableitung einer Spannung, die ein Maß der Phasenströme darstellt, nach einer vorteil*· haften Ausführung der Erfindung derart, daß die drei Stromwandler 3 in den drei Außenleitern in Stern geschaltet sind und über eine Drehstrom-Einweggleichrichterschaltung mittels dreier Dioden 4 unter Zuhilfenahme eines Glättungskondensators 5 eine Gleichspannung liefern, die bei Ansteigen der Phasenströme, gleichgültig ob in einem, in zwei oder allen drei Außenleitern, höher wird und umgekehrt· Der Glättungskondensator 5 kann dabei ausreichend groß gewählt werden, so
0 0 9 8 8 6/0378
daß er unabhängig von der Anzahl der stromführenden Außenleiter immer entsprechend dem Spitzenwert des Wechselstromes aufgeladen wird und somit ein Strommaß unabhängig von der Anzahl der be- bzw· überlasteten Leiter liefert· Natürlich muß bei Ausbildung des Fehlerstromauslosers als Sperrmagnet oder Haltemagnet (ζβΒ, nach der österr· Patentschrift Nr. 244 427) strikt auf richtige Polung von W2 geachtet werden«
Dem Grundgedanken der Erfindung entspricht es sodann, den für die verzögerte Überstromauslösung maßgeblichen NTC-Widerstand 2 ins geometrische Zentrum des Summenstromwandler s 1 zu verlegen·
Diese Anordnung wird besonders vereinfacht, wenn man, wie Pig· 3 zeigt, den Summenstromwandler 1 als Ringkernwandler mit Primärwindungszahl gleich eins auslegt, wobei der Ringkern 8 die Netzleitungen 9» die durch ihn hindurchgefädelt sind, knapp umschließt·
Die Dimensionierung der Sekundärspannung der Stromwandler sowie aller weiteren Elemente des Kreises der Wicklung W2 muß nun so vorgenommen werden, daß bei Nennstrom und kleinen Überströmen (5...10%) die Erregung durch die Wicklung W2 noch nicht zur Auslösung ausreicht. Bei höheren Oberströmen steigt an sich der durch die Wicklung W2 fließende Gleichstrom dank der höheren Wandlersekundärspannung an· Dieser
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annähernd lineare Anstieg darf zur Auslösung allein nicht ausreichen· Vielmehr muß der NTC-Widerstand 2 im Wärmezentrum des Summenstromwandlers entsprechend dessen Temperaturerhöhung seinen Wert derart verzögert vermindern, daß es mit inverser Auslösezeit-Auslösestromcharakteristik zur Auslösung kommtβ Bei Überströmen von Vielfachen des Nennstromes, besonders bei Kurzschlußströmen, genügt aber die alleinige (und sofortige) Erhöhung der Gleichspannung am Glättungskondensator 5» um zu einer Momentauslösung zu führen·
4 zeigt die gesamte Auslösekennlinie, die aus dieser erfindungsgemäßen Dimensionierung resultiert und die die Abhängigkeit der Auslösezeit t vom Nennstroa Jj1 zeigt·
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, die drei einzelnen Phasenstromwandler 3 durch einen einzigen mehrschenkeligen Wandler zu ersetzen·
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung zur Erzielung einer Unabhängigkeit von stark schwankenden Umgebungstemperaturen besteht darin, im Stromkreis der zweiten, überstromerregten Auslöserwicklung Wp, z.B. entsprechend der strichlierten Schaltung nach Fig. 1, kompensierende Schaltelemente 6 gleicher oder ähnlicher Temperaturcharakteristik wie jene des NTC-Widerstandes 2 örtlich derart an-
- 8 00 9 8 86/0378
zuordnen, daß ihre Widerstandswerte in erster Linie von der Umgebungstemperatur bestimmt werden·
Der erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschalter eignet sich auch als Motorschutzschalter·
00988B/Ü378

Claims (1)

  1. Patentansprüche :
    1, Fehlerstromschutzschalter mit zusätzlicher überstromauslösung, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerhalb des Summenstromwandlers (1) angeordneter Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand (2)) im Stromkreis einer zweiten, von der fehlerstromerregten ersten Wicklung (w^) des - vorzugsweise als Haltemagnet ausgelegten - Magnetauslösers (7) galvanisch völlig getrennten Wicklung (w«) liegt, welcher Stromkreis mit Hilfe von Stromwandlern (3) in den Phasenleitern von einer Spannung gespeist wird, die somit eine Funktion der in den Phasenleitern fließenden Ströme ist (Fig. 1).
    2· Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auslöserwicklung (wJ - mit Hilfe einer Sternschaltung dreier Stromwandler (3)» dreier Phasengleichrichter (4) und eines p-lättungskondensators (5)» welcher parallel zur Serienschaltung HTC-Wideretand (2) und zweiter Auslöserwicklung bzw· zwischen den Sternpunkten der drei Sekundärwicklungen der Stromwandler (3) und der drei Phasengleichrichter (4) angeordnet 1st, - von einem (korrekt gepolten) Gleichstrom erregt wird (Fig. 2))
    - 10 -009886/0378 bad original
    - ίο -
    3· Fehlerstromschutzschalter nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC-Widerstand (2) im geometrischen Zentrum des Summenstromwandlers (1) untergebracht ist·
    4· Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Summenstromwandler (1) als Eingkernwandler mit Primärwindungszahl gleich eins ausgebildet ist, wobei der Ringkern die Netzleitungen, die durch ihn hindurchgefädelt sind, knapp umschließt (Fig. 3). '
    5· Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 3f dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionierung der Sekundärspannung der Stromwandler (3) und der Widerstandswerte des Widerstandes (2) mit negativem Temperaturkoeffizienten und der zweiten Auslöserwicklung (wp) derart vorgenommen ist, daß bei Nennstrom bzw. geringfügig höherem Strom in den Phasenleitern keine Auslösung, bei unzulässigem Überstrom eine entsprechend fortschreitende Abnahme des NTC-Widerstandes (2) verzögerte und schließlich bei Kurzschluß eine momentane Auslösung stattfindet (Fig· 4-)·
    6· Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Phaeenstromwandler (3) mittels mehrschenkeliger Kerne in einem einzigen Wandler zusammengefaßt sind.
    - 11 -
    009886/0378 BAD OHiGiNAL
    7. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der überstromerregten zweiten Auslöserwicklung (wp), jedoch vorwiegend außerhalb der von tiberströmen bewirkten Temperaturerhöhungszone, kompensierende Schaltelemente (6) gleicher oder ähnlicher Temperaturcharakteristik angeordnet sind, deren Widerstand in erster Linie von der Umgebungstemperatur bestimmt wird (Fig· 1)·
    BAD
DE19671588896 1966-01-25 1967-01-19 Fehlerstromschutzschalter mit zusaetzlicher ueberstrom und kurzschlussausloesung Withdrawn DE1588896B2 (de)

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