DE1588896B2 - Fehlerstromschutzschalter mit zusaetzlicher ueberstrom und kurzschlussausloesung - Google Patents
Fehlerstromschutzschalter mit zusaetzlicher ueberstrom und kurzschlussausloesungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstromschutzschalter mit zusätzlicher Überstrom- und Kurzschlußauslösung,
bestehend aus einem Summenstromwandler, einem Magnetauslöser mit zwei galvanisch
getrennten Auslösewicklungen für die Fehlerstrom- und die Kurzschlußauslösung und mit einem Überstromauslöser.
Fehlerstromschutzschalter für elektrische Verteilungssysteme wurden bisher überwiegend als Lastschalter
ausgelegt, die lediglich eine Schutzfunktion gegen unzulässige Erdfehlerströme ausüben.
Es besteht jedoch in dersPraxis ein starker Bedarf
an 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 gesamte Schutzqualität des Schalters, da sie den Überlastungsschutz
von der inhärenten Ungenauigkeit der Schmelzsicherungen samt deren Handhabungsproblemen befreit.
Als schutztechnisches Ideal muß nach dem gegenwärtigen Stand der Technik ein Schalter angesehen
werden, der Berührungsschutz nach dem Prinzip des Fehlerstromschutzes mit Uberlastungs- 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 JBatentschriften., jüngeren .Datums
bezieht sich zwar auf einfachere Lösungen, die jedoch von einer Lösung-des angegebenen Idealwunsches
mehr oder weniger weit entfernt sind.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1188 706 ist die
Anordnung einer Überstrom- und einer Kurzschlußauslösung bei Fehlerstromschutzschaltern bekanntgeworden.
Bei den Selbstschaltern unter Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters mit Summenstromwandler
gemäß dieser Auslegeschrift schließen den einzelnen Netzphasen zugeordnete, auf Überstrom
oder Kurzschluß ansprechende Meßglieder der (Kurzschlußmagnete, thermische Auslöser) beim Auslösen
einen Stromkreis, der über eine besondere Betätigungswicklung (Tertiärwicklung) des Summenstromwandlers
führt.
Durch die österreichische Patentschrift 243 354 ist ein Installationsselbstschalter mit elektromagnetischer
und mit thermischer-Auslösung sowie mit Handabschaltung in Verbindung mit einer Fehlerschutzauslösung
bekanntgeworden, bei dem die Überbrükkungskontakte von .,einem yerrastbaren Sprungwerk
im Einschaltzustand gehalten werden, wobei die gesondert auf Leitungsüberlastüng sowie auf Fehlerströme ansprechenden elektromagnetischen Auslösungsglieder
zu einem einzigen Elektromagneten zusammengefaßt sind, bei dessen jeweiliger Erregung
(im Uberlastungs- und bzw. oder im Fehlerfall) ein und dieselbe Entriegelungsmechanik des Sprungwerkes
mit Wirkung auf die Überbrückungskontakte betätigt wird. Hierzu ist vorgesehen, ein thermisches
Auslöseorgan mit der gleichen Entriegelungsmechanik wie der von beiden Erregerwicklungen zu beeinflussende
Klappanker bzw. der von den entsprechenden Erregerwicklungen gesondert zu beeinflussende
Schlag- und Klappanker zu koppeln. Auch diese Ausbildung weist vor allem den Nachteil auf, daß die
Umgebungstemperatur auf die Charakteristik des Fehlerstromschutzes einwirkt, d. h., daß bei tiefen
Temperaturen der Auslösegrenzstrom ansteigt. Dies ist aber vom Standpunkt eines verläßlichen Berührungsschutzes
unzulässig.
Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht vor allem darin, einen Fehlerstromschutzschalter
mit zusätzlichem Überstrom- und Kurzschlußschutz zu schaffen, bei dem die Vielzahl und Vielfalt von
ίο Bauteilen der bekannten Anordnungen reduziert
werden und der bei einwandfreier Funktion auch in kleinen Dimensionen in einfacher Weise herstellbar
ist."
Erfindungsgemäß liegt bei dem eingangs beschriebenen Fehlerstromschutzschalter ein innerhalb des Summenstromwandlers angeordneter Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand) in Reihe mit der Auslösewicklung für die Kurzschlußauslösung, welche Auslösewicklung über Stromwandler an die vom Fehlerstromschutzschalter überwachten Phasenleiter angeschlossen ist, wobei die Dimensionierung der Sekundärspannung der Stromwandler und des Widerstandswertes des Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffizienten und der Auslösewicklung derart vorgenommen ist, daß bei Nennstrom bzw. geringfügig höherem Strom in den Phasenleitern keine Auslösung, bei unzulässigem Überstrom eine entsprechend der fortschreitenden Abnahme des NTC-Widerstandes verzögerte und schließlich bei Kurzschluß eine momentane Auslöung stattfindet. ....
Erfindungsgemäß liegt bei dem eingangs beschriebenen Fehlerstromschutzschalter ein innerhalb des Summenstromwandlers angeordneter Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand) in Reihe mit der Auslösewicklung für die Kurzschlußauslösung, welche Auslösewicklung über Stromwandler an die vom Fehlerstromschutzschalter überwachten Phasenleiter angeschlossen ist, wobei die Dimensionierung der Sekundärspannung der Stromwandler und des Widerstandswertes des Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffizienten und der Auslösewicklung derart vorgenommen ist, daß bei Nennstrom bzw. geringfügig höherem Strom in den Phasenleitern keine Auslösung, bei unzulässigem Überstrom eine entsprechend der fortschreitenden Abnahme des NTC-Widerstandes verzögerte und schließlich bei Kurzschluß eine momentane Auslöung stattfindet. ....
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild,
F i g. 2 Einzelheiten eines dem in F i g. 1 dargestellten Prinzipschaltbild entsprechenden Fehlerstromschutzschalters,
. ·■.
F i g. 3 eine vorteilhafte Ausbildung des Summen-
F i g. 3 eine vorteilhafte Ausbildung des Summen-
Stromwandlers und ■ ■
F i g. 4 eine Auslösekennlinie.
F i g. 1 zeigt einen Fehlerstromschutzschalter, der nach einem der bekannten remanentmagrietischen Auslöseprinzipien arbeitet, wobei der Auslösemagnet 7 über zwei galvanisch getrennte Auslösewicklungen W1, w.2 verfügf! Die eine (W1) der beiden Wicklungen wird in gewohnter Weise von der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers 1 erregt. Die zweite Auslöserwicklung w, bildet in Serie mit einem NTC-Widerstand 2/demnach einem Widerstand mit negativer Temperaturcharakteristik, einen von der Wicklung W1 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.
F i g. 1 zeigt einen Fehlerstromschutzschalter, der nach einem der bekannten remanentmagrietischen Auslöseprinzipien arbeitet, wobei der Auslösemagnet 7 über zwei galvanisch getrennte Auslösewicklungen W1, w.2 verfügf! Die eine (W1) der beiden Wicklungen wird in gewohnter Weise von der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers 1 erregt. Die zweite Auslöserwicklung w, bildet in Serie mit einem NTC-Widerstand 2/demnach einem Widerstand mit negativer Temperaturcharakteristik, einen von der Wicklung W1 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 2 und der zweiten Auslöserwicklung w2 wird von einer
Spannung gespeist, die mit Hilfe eines Stromwandlers (oder mehreren Stromwandlern 3) als Funktion der
Ströme in den Phasenleitern abgeleitet wird.
Wie F i g. 2 zeigt, erfolgt diese Ableitung einer Spannung, die ein Maß der Phasenströme darstellt,
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 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 Fehlerstromauslösers als Sperrmagnet oder Haltemagnet (z. B. nach der österreichischen
Patentschrift 244 427) strikt auf richtige Polung von w.2 geachtet werden.
Dem Grundgedanken der Erfindung entspricht die vorteilhafte Ausgestaltung, den für die verzögerte
Überstromauslösung maßgeblichen NTC-Widerstand 2 ins geometrische Zentrum des Summenstromwandlers
1 zu verlegen.
Diese Anordnung wird besonders vereinfacht, wenn man, wie Fig. 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 3 sowie aller weiteren Elemente des
Kreises der Wicklung W2 muß nun so vorgenommen werden, daß bei Nennström und kleinen Überströmen
(5 bis 10%) die Erregung durch die Wicklung w2 noch nicht zur Auslösung ausreicht. Bei höheren
Überströmen steigt an sich der durch die Wicklung w.7
fließende Gleichstrom dank der höheren Wandler-Sekundärspannung an. Dieser 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 kommt. Bei Überströmen
von Vielfachen des Nennstromes, besonders bei Kurzschlußströmen, genügt aber die alleinige
(und sofortige) Erhöhung der Gleichspannung am Glättungskondensator 5, um zu einer Momentanauslösung
zu führen.
F i g. 4 zeigt die gesamte Auslösekennlinie, die aus dieser erfindungsgemäßen Dimensionierung resultiert
und die die Abhängigkeit der Auslösezeit t vom Nennstrom Jn 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
Auslösewicklung Vf2, .z. B. entsprechend der strichlierten
Schaltung nach Fig. 1, kompensierende Schaltelemente 6 gleicher oder ähnlicher Temperaturcharakteristik
wie jene des NTC-Widerstandes 2 örtlich derart anzuordnen, daß ihre Widerstandswerte in
erster Linie von der Umgebungstemperatur bestimmt werden.
Der erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschalter eignet sich auch als Motorschutzschalter.
Claims (5)
1. Fehlerstromschutzschalter mit zusätzlicher Überstrom- und Kurzschlußauslösung, bestehend
aus einem Summenstromwandler, einem Magnetauslöser mit zwei galvanisch getrennten Auslösewicklungen
für die Fehlerstrom- und die Kurzschlußauslösung und mit einem Überstromauslöser,
dadurch gekennzeichnet, daß ein innerhalb des Summenstromwandlers (1) angeordneter
Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand 2) in Reihe mit
der Auslösewicklung (iv2) für die Kurzschlußauslösung
liegt, welche Auslösewicklung (wo) über
Stromwandler (3) an die vom Fehlerstromschutzschalter überwachten Phasenleiter angeschlossen
ist und daß die Dimensionierung der Sekundärspannung der Stromwandler (3) und des Widerstandswertes
des Widerstandes (2) mit negativem Temperaturkoeffizienten und der Auslösewicklung
(w2) derart vorgenommen ist, daß bei Nennstrom
bzw. geringfügig höherem Strom in den Phasenleitern keine Auslösung, bei unzulässigem
Überstrom eine entsprechend der fortschreitenden Abnahme des NTC-Widerstandes (2) verzögerte
und schließlich bei Kürzschluß eine momentane Auslösung stattfindet.
2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung
(w2) — mit Hilfe einer Sternschaltung dreier
Stromwandler (3), dreier Phasengleichrichter (4) und eines Glättungskondensators (5), welcher
parallel zur Serienschaltung NTC-Widerstand (2) und Auslösewicklung (wo) angeordnet ist — von
einem (korrekt gepolten) Gleichstrom erregt ist (Fig. 2).
3. Fehlerstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC-Widerstand
(2) im geometrischen Zentrum des Summenstromwandlers (1) untergebracht ist.
4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Phasenstromwandler
(3) mittels mehrschenkeliger Kerne in einem einzigen Wandler zusammengefaßt sind.
5. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der
überstromerregten Auslösewicklung (w2), jedoch
vorwiegend außerhalb der von Überströmen bewirkten Temperaturerhöhungszone, kompensierende
Schaltelemente (6) gleicher oder ähnlicher Temperaturcharakteristik angeordnet sind, deren
Widerstand in erster Linie von der Umgebungstemperatur bestimmt ist (F i g. 1).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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