DE19818055A1

DE19818055A1 - Protective difference current (DI) circuit breaker with power switch for protecting electrical plant from fault currents

Info

Publication number: DE19818055A1
Application number: DE1998118055
Authority: DE
Inventors: Bernhard Bauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 1999-10-28
Also published as: WO1999054978A1

Abstract

A difference current (DI) protective circuit-breaker includes a summation current transformer (2) for monitoring a network of conductors (Ln). The transformer is connected to a triggering circuit (5), and is joined to a power pack (8). The transformer controls a release relay (12) for actuating a power switch (14). The release relay is joined to the power pack via an electronic switch (7), which is switched during pulsed excitation of the triggering circuit by means of a driving circuit (6). The electronic switch is made to be conductive specifically within a control time period (tA), and is blocked within a pause time (tP). The control time (tA) is less than the pause time (tP).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differenzstrom-Schutz schalter mit einem ein Leiternetz überwachenden Summenstrom wandler, der mit einem an ein Netzteil angeschlossenen und ein Auslöserelais zur Betätigung eines Leistungsschalters an steuernden Auslösekreis verbundenen ist.The invention relates to differential current protection switch with a total current monitoring a conductor network converter connected to a power supply and a trip relay to operate a circuit breaker controlling trigger circuit is connected.

Ein derartiger Differenzstrom-Schutzschalter dient zur Si cherstellung des Schutzes gegen einen gefährlichen Körper strom in einer elektrischen Anlage. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Person ein spannungsführendes Teil einer elektrischen Anlage berührt. Der Fehlerstrom fließt dann über die Person als Körperstrom gegen Erde ab. Der zum Schutz gegen gefährliche Körperströme eingesetzte Schutz schalter trennt bei Überschreiten des sogenannten Bemessungs fehlerstromes sicher und schnell die betroffenen Stromkreise vom Netz.Such a residual current circuit breaker is used for Si Protection against a dangerous body electricity in an electrical system. For example, this is then the case when a person is a live part touched an electrical system. The fault current flows then about the person as a body current against earth. The for Protection against dangerous body currents switch disconnects when the so-called dimensioning is exceeded the affected circuits safely and quickly from the network.

Der Aufbau eines derartigen Schutzschalters ist beispiels weise aus "etz", Band 107 (1986), Heft 20, Seiten 938 bis 945, bekannt. Dort sind insbesondere in den Bildern 1 bis 3 der prinzipielle Aufbau und das Funktionsprinzip des Diffe renzstrom-Schutzschalters (DI-Schutzschalter) dargestellt. Der DI-Schutzschalters ist - ähnlich einem dort ebenfalls be schriebenen Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schutzschalter) - aus drei Baugruppen aufgebaut. Ein Summenstromwandler, durch dessen Wandlerkern alle stromführenden Leiter eines Leiter netzes geführt sind, induziert in dessen Sekundärwicklung im Falle eines Fehlerstroms ein Spannungssignal, das einen mit der Sekundärwicklung verbundenen Auslösekreis ansteuert. Der Auslösekreis ist seinerseits über ein Auslöserelais mit einer Relaisspule mit einem Schaltschloß gekoppelt, über das bei Ansteuerung des Auslöserelais vom Auslösekreis die Kontakte eines in den Netzleitungen liegenden Leistungsschalters ge öffnet werden.The structure of such a circuit breaker is an example weise from "etz", volume 107 (1986), volume 20, pages 938 to 945, known. There are particularly in Figures 1 to 3 the basic structure and the functional principle of the Diffe limit current circuit breaker (DI circuit breaker). The DI circuit breaker is - similar to one there too written residual current circuit breaker (RCCB) - made up of three modules. A total current transformer, through whose converter core all live conductors of a conductor are led, induced in its secondary winding in the In the event of a fault current, a voltage signal that one with trigger circuit connected to the secondary winding. Of the The trip circuit is in turn via a trip relay with a Relay coil coupled with a key switch, via which at Control of the trip relay from the trip circuit of the contacts a circuit breaker located in the power lines be opened.

Der DI-Schutzschalter entnimmt die zur Auslösung notwendige Energie netzspannungsabhängig aus einer Hilfsenergiequelle, während der FI-Schutzschalter die zur Auslösung notwendige Energie netzspannungsunabhängig aus dem Fehlerstrom selbst entnimmt. Dazu wird dem DI-Auslösekreis des DI-Schalters oder DI-Zusatzes bei Auftreten eines Fehlerstroms das vom Summen stromwandler abgegebene Signal über eine hilfsenergie abhängige Elektronikeinheit verstärkt zugeführt, die von ei nem mit dem Leiternetz verbundenen Netzteil gespeist wird. Die Elektronikeinheit ist Teil des Auslösekreises und weist üblicherweise einen Verstärker und einen Gleichrichter sowie eine Auslösezeitverzögerung auf.The DI circuit breaker removes the necessary for tripping Energy dependent on the mains voltage from an auxiliary energy source, while the residual current circuit breaker is the one required for tripping Energy independent of the mains voltage from the fault current itself takes. To do this, the DI trigger circuit of the DI switch or DI addition when a fault current occurs that from the sum current transformer output signal via an auxiliary energy dependent electronics unit increasingly supplied by egg nem is powered by the power supply connected to the conductor network. The electronics unit is part of the trip circuit and points usually an amplifier and a rectifier as well a trip delay.

Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines derartigen Schutzschaltgerätes oder Schutzschalters ist eine Prüfein richtung mit einem Prüftaster vorgesehen, der üblicherweise zwischen den Nulleiter (N) und einen Phasenleiter (L1, L2, L3) des Leiternetzes geschaltet ist. Durch Drücken der Prüftaste wird ein Fehlerstrom simuliert und die Reaktion des Schutz schalters geprüft. Dabei muß im funktionsfähigen Zustand der Schutzschalter - auch bei einer Fernauslösung - möglichst un verzögert auslösen.To check the functionality of such Circuit breaker or circuit breaker is a test item direction provided with a test button, which is usually between the neutral conductor (N) and a phase conductor (L1, L2, L3) of the conductor network is switched. By pressing the test button a fault current is simulated and the response of the protection switch checked. It must be in working order Circuit breaker - even with a remote release - if possible trigger delayed.

Bei einem tatsächlichen oder simulierten Fehlerstrom oberhalb einer Ansprechschwelle bleibt die Spannungsversorgung des Auslöserelais bestehen, solange das Netzteil nicht vom Lei ternetz abgetrennt wird und die Auslösebedingung erfüllt ist. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn bei Netzeinspeisung am DI- Schutzschalter oder -Zusatz die Fernauslösung oder die Prüf taste dauerhaft betätigt wird, oder wenn - unabhängig von der Einspeiserichtung - keine Auslösung mit einer Kontaktöffnung des Leistungsschalters erfolgt. Erfolgt jedoch keine soforti ge Kontaktöffnung, so werden, insbesondere bei Nennspannung, die Relaisspule des Auslöserelais oder in Reihe hierzu ge schaltete elektronische Bauelemente infolge einer Überlastung zerstört. Da das Netzteil derart dimensioniert ist, daß eine zuverlässige Auslösung auch bei Unterspannung gewährleistet ist, fließt bei Nennspannung üblicherweise ein Mehrfaches des benötigten Stroms über die Relaisspule. Dies führt nach teiligerweise zu einer entsprechend hohen Verlustleistung.With an actual or simulated fault current above the voltage supply of the Tripping relays exist as long as the power supply is not disconnected ternetz is disconnected and the trigger condition is fulfilled. This is e.g. B. the case if when feeding power into the DI- Circuit breaker or add-on remote triggering or testing button is pressed continuously, or if - regardless of the Feed direction - no tripping with a contact opening of the circuit breaker. However, there is no immediate ge contact opening, especially at nominal voltage, the relay coil of the trip relay or in series ge switched electronic components due to an overload destroyed. Since the power supply is dimensioned so that a Reliable triggering guaranteed even in the event of undervoltage at nominal voltage, a multiple of usually flows required current via the relay coil. This follows partly to a correspondingly high power loss.

Um zumindest bei zuverlässiger Auslösung und Kontaktöffnung des Leistungsschalters die Spannungsversorgung des Auslösere lais zu unterbrechen, ist das Netzteil in Einspeiserichtung hinter dem Leistungsschalter und damit auf dessen Lastseite an das Leiternetz angeschlossen. Dies schränkt die Anschluß möglichkeiten vor Ort ein und führt bei Anschlußfehlern häu fig zu einer Zerstörung des DI-Zusatzes oder -Schutzschal ters. Insbesondere bei nachträglichem Einbau des Auslösere lais vor Ort in den Schutzschalter wird bereits nach Betäti gung der Prüftaste zum Zwecke einer Einbaukontrolle das Aus löserelais zerstört, wenn beim Einbau das Netzteils in Ein speiserichtung vor dem Leistungsschalter an das Leiternetz angeschlossen und somit die Einspeiserichtung vertauscht wor den ist.At least with reliable tripping and contact opening of the circuit breaker the power supply of the release interrupting the relay is the power supply unit in the feed direction behind the circuit breaker and thus on its load side connected to the conductor network. This limits the connection opportunities on site and leads in the event of connection errors fig to destroy the DI additive or protective scarf ters. Especially when the trigger is installed later relay on site in the circuit breaker is already actuated the test button for the purpose of an installation check Release relay destroyed when installing the power supply in on feeding direction in front of the circuit breaker to the conductor network connected and thus the feed direction interchanged that is.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Diffe renzstrom-Schutzschalter anzugeben, der unabhängig von der Einspeiserichtung auch im Falle einer Nichtauslösung des Lei stungsschalters zerstörungssicher und funktionsfähig ist.The invention is therefore based on the object, a dif limit current circuit breaker, which is independent of the Infeed direction also in the case of non-triggering of the Lei control switch is non-destructive and functional.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu ist die Auslöserelaisspule des DI- Schutzschalters oder -Zusatzes mit dem Netzteil über einen steuerbaren elektronischen Schalter verbunden, der bei An- steuerung vom Auslösekreis mittels einer Ansteuerschaltung pulsierend leitend geschaltet ist.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1. The trigger relay coil of the DI Circuit breaker or additional with the power supply via a controllable electronic switch connected to the control of the trip circuit by means of a control circuit is pulsed conductive.

Durch eine derartige, kurzzeitige repitierende Auslösung des Auslöserelais infolge eines vom Summenstromwandlers erfaßten und vom Auslösekreis verarbeiteten Fehlerstroms wird eine Überlastung der Relaisspule und somit eine Zerstörung des Auslöserelais auch dann sicher vermieden, wenn bei Netzein speisung am DI-Schutzschalter oder -Zusatz die Auslösebedin gung nach erfolgter Kontaktöffnung des Leistungsschalters aufrecht erhalten bleibt, oder wenn keine unmittelbare Kon taktöffnung des Leistungsschalters bei einer Auslöseansteue rung des Auslöserelais erfolgt. Dabei wird mittels der An steuerschaltung der elektronische Schalter nur für eine zur Auslösung des Auslöserelais erforderliche Auslöse- oder An steuerzeit, vorzugsweise zuzüglich einer Sicherheitszeitspan ne, leitend gesteuert. Anschließend wird der elektronische Schalter zweckmäßigerweise für eine vorgebbare Pausenzeit gesperrt, innerhalb der das Auslöserelais vom Netzteil getrennt und somit die Relaisspule nicht stromdurchflossen ist.By such a brief repetitive triggering of the Tripping relay due to a detected by the summation current transformer and fault current processed by the trip circuit becomes one Overloading the relay coil and thus destroying the Tripping relay safely avoided even when connected to the mains supply at the DI circuit breaker or add-on after the contact of the circuit breaker has been opened is maintained, or if no immediate con Clock opening of the circuit breaker in the event of a tripping control trigger relay. It is by means of the An Control circuit of the electronic switch only for one Tripping of the trip relay required trip or on tax time, preferably plus a safety margin ne, controlled. Then the electronic Switch expediently for a predetermined pause time locked within which the trigger relay from the power supply separated and therefore the relay coil does not flow through is.

Mit zunehmender Pausenzeit sinkt die Verlustleistung im Netz teil. Die Obergrenze für die Pausenzeit wird zweckmäßiger weise dadurch bestimmt, daß eine Aufschaltung des Netzes auf die Anlage oder Last durch eine Betätigung des Leistungs schalters während der Pausenzeit verhindert ist. Dadurch ist vermieden, daß eine vorgeschriebene Auslösezeit des Schutz schaltgerätes überschritten wird. Da vor dem Wiedereinschal ten des Leistungsschalters nach einer Fehlerstromauslösung üblicherweise der DI-Zusatz und/oder der Leistungsschalter zurückgesetzt werden muß, ist eine Pausenzeit von ≦ 1s reali sierbar. With increasing pause time, the power loss in the network decreases part. The upper limit for the break time is more appropriate as determined by the fact that an intrusion of the network the system or load by actuating the power switch is prevented during the break. This is avoided having a prescribed triggering time of protection switching device is exceeded. Because before switching on again circuit breaker after a residual current trip usually the DI addition and / or the circuit breaker must be reset is a pause time of ≦ 1s reali sizable.

Da bei einem FI/DI-Schutzschalter nach Vorschrift bei einem Fehlerstrom IΔ = 5 × IΔn, mit IΔn als Nennfehlerstrom, die Auslösezeit auf kleiner oder gleich 40 ms begrenzt ist, muß die Auslösezeit des Auslöserelais kleiner als 40 ms sein. Die Ansteuerzeit des Auslöserelais, zuzüglich einer Sicherheits zeit, liegt daher vorteilhafterweise im Bereich zwischen 5 ms und 100 ms. Bei einer entsprechenden Auslösezeit ergibt sich bei Verwendung eines Auslöserelais mit einem Auslösestrom kleiner oder gleich 100 mA (I_a ≦ 100 mA) ein Verhältnis von Pausenzeit zur Ansteuerzeit von etwa 10 (t_P/t_A ≈ 10). Dadurch ist die Verlustleistung im Netzteil, insbesondere im Hinblick auf eine hohe Umgebungstemperatur, auf ein in den üblichen Bauvolumina derartiger Schutzschalter beherrschbares Maß be grenzt. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Auslöserelaisspule dem Netzteil über einen Netzteilregler nachgeschaltet ist.Since the trip time is limited to less than or equal to 40 ms for a residual current device according to the regulations with a fault current IΔ = 5 × IΔn, with IΔn as nominal fault current, the trip time of the trip relay must be less than 40 ms. The triggering time of the trigger relay, plus a safety time, is therefore advantageously in the range between 5 ms and 100 ms. With a corresponding tripping time, the use of a tripping relay with a tripping current less than or equal to 100 mA (I _a ≦ 100 mA) results in a ratio of the pause time to the actuation time of approximately 10 (t _P / t _A ≈ 10). As a result, the power loss in the power supply unit, particularly with regard to a high ambient temperature, is limited to a level that can be controlled in the usual construction volumes of such circuit breakers. This is particularly important if, according to a preferred embodiment, the release relay coil is connected downstream of the power supply via a power supply regulator.

Die Ansteuerschaltung ist vorzugsweise aus einem Komparator und einer Kippstufe aufgebaut, deren Ausgangssignale zur An steuerung des elektronischen Schalters logisch miteinander verknüpft sind. Dazu sind der Komparator und die Kippstufe ausgangsseitig zweckmäßigerweise über ein aus zwei NAND-Gat tern zusammengesetztes UND-Gatter miteinander verbunden, das seinerseits mit dem Steuereingang des elektronischen Schal ters verbunden ist. Als Kippstufe ist zweckmäßigerweise ein aus zwei Komparatoren mit nachgeschaltetem NAND-Gatter aufge bauter Präzisions-Schmitt-Trigger vorgesehen. Ein derartiger Präzisions-Schmitt-Trigger ist beispielsweise in "Halbleiter- Schaltungstechnik", U. Tietze/Ch. Schenk, 6. Auflage, Sprin ger-Verlag (1983), Seite 183, beschrieben.The control circuit is preferably made of a comparator and a flip-flop built up, the output signals to An control of the electronic switch logically with each other are linked. In addition there are the comparator and the flip-flop on the output side expediently via one of two NAND gates compound AND gate connected together, the in turn with the control input of the electronic scarf ters is connected. As a flip-flop is expediently one made up of two comparators with a downstream NAND gate Bauter precision Schmitt trigger provided. Such one Precision Schmitt trigger is, for example, in "semiconductor Circuit technology ", U. Tietze / Ch. Schenk, 6th edition, Sprin ger publishing house (1983), page 183.

Alternativ kann die Ansteuerschaltung aus nur einem Kompara tor aufgebaut sein, der ausgangsseitig über einen monostabi len Multivibrator mit dem Steuereingang des elektronischen Schalters verbunden ist. Alternatively, the control circuit can consist of only one Kompara gate, the output side via a monostabi len multivibrator with the control input of the electronic Switch is connected.

Der elektronische Schalter ist zweckmäßigerweise ein bipola rer Transistor, vorzugsweise ein MOS-Feldeffekttransistor (Mosfet). Ein derartiger Mosfet ist beispielsweise in "Halbleiter-Schaltungstechnik", U. Tietze/Ch. Schenk, 6. Auf lage, Springer-Verlag (1983), Seite 83f, beschrieben.The electronic switch is expediently a bipola rer transistor, preferably a MOS field effect transistor (Mosfet). Such a mosfet is for example in "Semiconductor Circuit Technology", U. Tietze / Ch. Schenk, 6th location, Springer-Verlag (1983), page 83f.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß durch eine kurzzeitige, repitierende Ansteue rung des Auslöserelais oder Auslösers eines Differenzstrom- Schutzschalters mittels einer entsprechenden Ansteuerschal tung eine Überlastung und damit eine Zerstörung der Auslöse relaisspule auch dann sicher vermieden ist, wenn - unabhängig von der Einspeiserichtung - infolge einer Auslöseansteuerung der Leistungsschalter nicht oder nur mit erheblicher Zeitver zögerung öffnet. Dies gilt auch für den Fall, daß bei Netz einspeisung in Einspeiserichtung vor dem Leistungsschalter die Prüfstromkreistaste oder die Fernauslösung permanent be tätigt wird.The advantages achieved with the invention are in particular the other is that through a short, repetitive control tripping relay or tripping a residual current Circuit breaker by means of a corresponding control scarf overload and thus destruction of the trigger relay coil is safely avoided even if - independently from the feed direction - as a result of a triggering control the circuit breaker does not work or only with considerable time delay delay opens. This also applies to the case that with network Feed in the feed direction in front of the circuit breaker the test circuit button or the remote trigger permanently is done.

Die impulsartige Ansteuerung des Auslöserelais ermöglicht so mit eine freie Auswahl der Anschlußseite des Netzteils des Differenzstrom-Schutzschalters in Einspeiserichtung vor oder hinter dem Leistungsschalter an das Leiternetz. Eine Zerstö rung von elektronischen Bauteilen des Differenzstrom-Schutz schalters oder der Auslöserelaisspule ist in den genannten Fällen auch dann sicher vermieden, wenn das Netzteil in Ein speiserichtung vor dem Leistungsschalter an das Leiternetz angeschlossen wird. Dies schließt eine Beschädigung des Schutzschalters bei Montagefehlern insbesondere dann aus, wenn das Auslöserelais separat geliefert und nachträglich vor Ort in den Leistungsschalter eingesetzt sowie an den DI-Zu satz angeschlossen wird. Eine Überlastung von Bauteilen des DI-Schutzschalters infolge von Montage- oder Verdrahtungsfeh lern sind somit praktisch ausgeschlossen. The pulse-like control of the trigger relay enables with a free choice of the connection side of the power supply of the Residual current circuit breaker in the feed direction before or behind the circuit breaker to the conductor network. A destruction tion of electronic components for residual current protection switch or the release relay coil is in the named Cases safely avoided even when the power supply is in on feeding direction in front of the circuit breaker to the conductor network is connected. This excludes damage to the Circuit breaker in the event of assembly errors, in particular if the trigger relay is supplied separately and subsequently Place in the circuit breaker and on the DI-Zu set is connected. An overload of components of the DI circuit breaker due to assembly or wiring error learners are practically excluded.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below a drawing explained in more detail. In it show:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines DI-Schutzschalters mit einspeiseunabhängiger und repitierender Ansteuerung eines Auslöserelais, Fig. 1 shows schematically the structure of a DI-protective switch with einspeiseunabhängiger repitierender and controlling a trip relay,

Fig. 2 den Schaltungsaufbau der Auslöserelais-Ansteuerung gemäß Fig. 1. Fig. 2 shows the circuit construction of the tripping relay control of FIG. 1.

Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are in both figures with the provided with the same reference numerals.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Funktionsaufbau des Differenz strom-Schutzschalters 1 als Schutzschaltgerät mit einem Sum menstromwandler 2, durch dessen primärseitigen Wandlerkern 3 alle stromführenden Leitungen eines ein- oder mehrphasigen Leiternetzes L1, L2, L3, N (nachfolgend mit Ln bezeichnet) hin durchgeführt sind. Die Sekundärwicklung 4 des Summenstrom wandlers 2 ist mit einem Auslösekreis 5 verbunden, in den ei ne Ansteuerschaltung 6 mit einem steuerbaren elektronischen Schalter 7 integriert ist. Der elektronische Schalter 7 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als bipolarer npn-Transi stor ausgeführt. Fig. 1 shows the basic functional structure of the residual current circuit breaker 1 as a protective switching device with a Sum current transformer 2 , through the primary-side converter core 3 all current-carrying lines of a single or multi-phase conductor network L1, L2, L3, N (hereinafter referred to as Ln) performed are. The secondary winding 4 of the total current converter 2 is connected to a trip circuit 5 , in which egg ne control circuit 6 is integrated with a controllable electronic switch 7 . In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the electronic switch 7 is designed as a bipolar npn transistor.

Ein an das Leiternetz Ln angeschlossenes Netzteil 8 mit einer Schutzbeschaltung 9 und einem Gleichrichter 10 sowie einem Netzteilregler 11 dient zur Spannungsversorgung des Auslöse kreises 5 und eines von diesem über die Ansteuerschaltung 6 gesteuerten Auslöserelais 12. Dieses wiederum ist mit einer Mechanik in Form eines Schaltschlosses 13 gekoppelt, das auf einen in der oder jeder Phasenleitung L1, L2, L3 und im Nullei ter N des Leiternetzes Ln liegenden Leistungsschalter 14 wirkt. A power supply unit 8 connected to the conductor network Ln with a protective circuit 9 and a rectifier 10 as well as a power supply regulator 11 is used for the voltage supply to the trip circuit 5 and a trigger relay 12 controlled by the latter via the control circuit 6 . This in turn is coupled to a mechanism in the form of a switching mechanism 13, lying on a ter in the or each phase line L1, L2, L3 and N in Nullei of the conductor network Ln breaker 14 acts.

Die Netzeinspeisung erfolgt im Ausführungsbeispiel auf der einer Last oder einem Verbraucher 15 abgewandten Seite des Leistungsschalters 14. Das Netzteil 8 kann jedoch - in Ein speiserichtung 16 gesehen - sowohl vor als auch hinter dem Leistungsschalter 14 an das Leiternetz Ln angeschlossen wer den, ohne daß das Auslöserelais 12 oder elektronische Bautei le des Auslösekreises 5 infolge einer Überlastung bei Auslö seansteuerung zerstört werden.In the exemplary embodiment, the grid is fed in on the side of the circuit breaker 14 facing away from a load or a consumer 15 . However, the power supply 8 can - seen in a feed direction 16 - both before and behind the circuit breaker 14 to the conductor network Ln who without the trip relay 12 or electronic components le of the trip circuit 5 being destroyed as a result of an overload when the triggering is triggered.

Sowohl das Auslöserelais 12 als auch der Auslösekreis 5 und die Ansteuerschaltung 6 sind hinter dem Netzteilregler 11 an das Netzteil 8 angeschlossen. Das Auslöserelais 12 ist dazu kollektorseitig an den Transistor 7 angeschlossen, der emit terseitig an Masse liegt.Both the trigger relay 12 and the trigger circuit 5 and the control circuit 6 are connected to the power supply 8 behind the power supply regulator 11 . The trigger relay 12 is connected on the collector side to the transistor 7 which is on the emitter side to ground.

Im fehlerfreien Betrieb des DI-Schutzschalters ist die vekto rielle Summe der im Leiternetz Ln zu- und abfließenden Ströme gleich Null. Tritt jedoch, beispielsweise aufgrund eines Iso lationsfehlers im Verbraucher 15, ein Fehlerstrom über Erde auf, so wird das Stromgleichgewicht im Summenstromwandler 2 gestört. Der Wandlerkern 3 wird entsprechend der Höhe des Fehlerstroms magnetisiert, so daß in der Sekundärwicklung 4 des Summenstromwandlers 2 eine Spannung induziert wird. Eine aus dem Fehlerstrom im Auslösekreis 5 erzeugte Eingangsspan nung U_E (Fig. 2) wird mittels der Auslöseschaltung 6 in ein Auslöse- oder Ansteuersignal S_a in Form eines Steuerimpulses umgewandelt, der den elektronischen Schalter 7 pulsierend leitend schaltet. Dadurch ist die Relaisspule des Auslösere lais 12 kurzzeitig stromdurchflossen. Infolge dieser kurzzei tigen Auslöseansteuerung werden über das Schaltschloß 16 die Kontakte des Leistungsschalters 14 geöffnet und dadurch der schadhafte Anlagenteil abgeschaltet.In the fault-free operation of the DI circuit breaker, the vectorial sum of the currents flowing in and out of the conductor network Ln is zero. However, if, for example due to an insulation fault in the consumer 15 , a fault current occurs over earth, the current balance in the current transformer 2 is disturbed. The transformer core 3 is magnetized in accordance with the level of the fault current, so that a voltage is induced in the secondary winding 4 of the summation current transformer 2 . An input voltage U _E generated from the fault current in the trip circuit 5 ( FIG. 2) is converted by means of the trip circuit 6 into a trip or control signal S _a in the form of a control pulse, which switches the electronic switch 7 in a pulsating conductive manner. As a result, the relay coil of the trip relay 12 is briefly flowed through by current. As a result of this short-term triggering control, the contacts of the circuit breaker 14 are opened via the switch lock 16 and the defective system part is thereby switched off.

Unabhängig davon, ob eine Kontaktöffnung und damit eine Aus lösung des Leistungsschalters 14 erfolgt, wird der elektroni sche Schalter 7 nach Ablauf einer vorgebbaren Ansteuerzeit t_A für das Auslöserelais 12 und während einer ebenfalls ein stellbaren Pausenzeit t_P gesperrt. Dadurch ist auch das Aus löserelais 12 von der Netzversorgung abgetrennt. Auch für den Fall, daß das Netzteil 8 bei der Montage in Einspeiserich tung 16 vor dem Leistungsschalter 14 an das Leiternetz Ln an geschlossen wurde, ist somit eine Überlastung des Auslösere lais 12, beispielsweise bei einer andauernden Betätigung ei ner Prüftaste oder einer Fernauslösung, sicher vermieden.Regardless of whether a contact opening and thus a solution of the circuit breaker 14 takes place, the electronic switch 7 is blocked after a predeterminable actuation time t _A for the trip relay 12 and during a likewise adjustable pause time t _P. This also disconnects the release relay 12 from the mains supply. Even in the event that the power supply unit 8 was closed during assembly in the feeder device 16 in front of the circuit breaker 14 to the conductor network Ln, overloading of the release relay 12 , for example when a test button or a remote control is operated continuously, is safe avoided.

Nach Ablauf der Pausenzeit t_P wird der Schalter 7 erneut an gesteuert und kurzzeitig leitend geschaltet. Dadurch ist un abhängig sowohl von der Netzeinspeisung als auch von der Aus lösung des Leistungsschalters 14 die Funktionssicherheit des Auslösekreises 5 und/oder des Auslöserelais 12 gewährleistet.After the pause time t _P has elapsed, the switch 7 is activated again and briefly turned on. As a result, the functional reliability of the trip circuit 5 and / or the trip relay 12 is guaranteed regardless of both the grid feed-in and the trip from the circuit breaker 14 .

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante der Ansteuer schaltung 6 zur Ansteuerung des Auslöserelais 12. Die Ansteu erschaltung 6 umfaßt einen in der dargestellten Weise mit Wi derständen R1 und R2 beschalteten Komparator V1 und eine Kippstufe 17. Diese ist aus zwei Komparatoren V2 und V3 sowie diesen nachgeordnet zwei NAND-Gattern N3 und N4 aufgebaut, die zusammen einen Präzisions-Schmitt-Trigger bilden. Dem Komparator V1 ist ein aus zwei NAND-Gattern N1, N2 zusammenge setztes UND-Gatter nachgeordnet, dessen NAND-Gatter N1 die Ausgangssignale S1, S2 des Komparators V1 bzw. der Kipp stufe 17 logisch miteinander verknüpft. Fig. 2 shows a preferred embodiment of the control circuit 6 for controlling the trigger relay 12th The control circuit 6 comprises a comparator V1 connected in the manner shown with resistors R1 and R2 and a flip-flop 17th This is made up of two comparators V2 and V3 and these two NAND gates N3 and N4, which together form a precision Schmitt trigger. The comparator V1 is from two NAND gates N1, N2 put together AND gate downstream, whose NAND gate N1 the output signals S1, S2 of the comparator V1 and the flip-flop stage 17 logically linked.

Das NAND-Gatter N2 ist ausgangsseitig über einen Wider stand R3 mit dem Steuereingang E_S des Transistors V4 verbun den. Der Transistor V4, der im Ausführungsbeispiel als Mosfet ausgeführt ist, bildet den elektronischen Schalter 7 gemäß Fig. 1. Der Transistor V4 ist in der dargestellten Weise auf der Steuerseite (Gate) mit einem Kondensator C1 und einem hierzu parallel liegenden Widerstand R4 beschaltet. Der Drain-Source-Kanal des Transistors V4 ist über das Auslösere lais 12 und eine hierzu antiparallel geschaltete Freilaufdi ode DI an eine Betriebsspannung U_B gelegt. Die Freilaufdi ode DI dient zur Vermeidung von Spannungsspitzen bei einer Stromunterbrechung in der Relaisspule des Auslöserelais 12. Das NAND-Gatter N2 ist ausgangsseitig über die dargestellte Schaltung einer Diode D3 und zweier Widerstände R5, R6 sowie eines Kondensators C2 mit den (-)-Eingängen der Komparato ren V2, V3 verbunden. Die Diode D3 dient zur Entkopplung des RC-Gliedes C2, R5, R6.The NAND gate N2 is connected on the output side via a resistor R3 to the control input E _{S of} the transistor V4. The transistor V4, which is designed as a MOSFET in the exemplary embodiment, forms the electronic switch 7 according to FIG. 1. The transistor V4 is connected in the manner shown on the control side (gate) to a capacitor C1 and a resistor R4 lying in parallel therewith. The drain-source channel of the transistor V4 is connected to the operating voltage U _B via the release relay 12 and a freewheeling diode DI connected in antiparallel to this. The freewheeling diode DI serves to avoid voltage peaks in the event of a current interruption in the relay coil of the trigger relay 12 . The NAND gate N2 is connected on the output side via the circuit shown a diode D3 and two resistors R5, R6 and a capacitor C2 to the (-) - inputs of the comparators V2, V3. The diode D3 serves to decouple the RC element C2, R5, R6.

Die Spannung U_C am Kondensator C2 wird in den Komparato ren V2, V3 mit jeweils einer Referenzspannung U_Ref2 bzw. U_Ref3 an deren (+)-Eingängen verglichen. Im Ausgangszustand ist der Kondensator C2 entladen, so daß die Spannung U_C kleiner als die Referenzspannungen U_Ref3 ist. Demzufolge befinden sich der Ausgang des Komparators V2 auf High-Pegel, der Ausgang des Komparators V3 auf Low-Pegel, der Ausgang des NAND-Gatters N3 auf Low-Pegel und der Ausgang des NAND-Gatters N4 auf High- Pegel.The voltage U _C across the capacitor C2 is compared in the comparators V2, V3 with a reference _voltage U _Ref2 and U _Ref3 at their (+) inputs. In the initial state, the capacitor C2 is discharged, so that the voltage U _{C is} less than the reference _voltages U _Ref3 . As a result, the output of the comparator V2 is high, the output of the comparator V3 is low, the output of the NAND gate N3 is low and the output of the NAND gate N4 is high.

Überschreitet aufgrund eines Fehlerstroms die Eingangsspan nung U_E am (-)-Eingang des Komparators V1 die Referenzspan nung U_Ref1 an dessen (+)-Eingang, so wechselt der Ausgang des Komparators V1 von Low- auf High-Pegel und damit der Ausgang des NAND-Gatters N2 ebenfalls von Low- auf High-Pegel. Das entsprechende Ansteuersignal S_a steuert den Transistor V4 leitend und die Relaisspule des Auslöserelais 12 wird an die Betriebsspannung U_B gelegt. Über die Relaisspule des Auslö serelais 12 fließt somit ein Relaisspulenstrom I_R, so daß ei ne Auslösung des Leistungsschalters 14 erfolgt. Gleichzeitig wird über die Diode D3 und den Widerstand R5 der Kondensa tor C2 geladen. Überschreitet die Kondensatorspannung U_C die Referenzspahnung U_Ref2 des Komparators V2, so wechselt der Ausgang des NAND-Gatters N4 von High- auf Low-Pegel und der Ausgang des NAND-Gatters N2 ebenfalls von High- auf Low-Pe gel. Dadurch wird der Transistor V4 wieder gesperrt. Gleich zeitig beginnt die Entladung des Kondensators C2 über die Wi derstände R5 und R6. Unterschreitet U_C die Referenzspan nung U_Ref3, so wechselt der Ausgang des NAND-Gatters N4 wieder auf High-Pegel. Dadurch wird der Transistor V4 erneut ange steuert, sofern mittlerweile das Netzteil 8 und damit die Be triebsspannung U_B nicht abgeschaltet wurde und die Bedingung U_E < U_Ref1 noch immer erfüllt ist.If the input voltage U _E at the (-) input of comparator V1 _exceeds the reference _voltage U _Ref1 at its (+) input due to a fault current, the output of comparator V1 changes from low to high level and thus the output of NAND gate N2 also from low to high level. The corresponding control signal S _a controls the transistor V4 in a conductive manner and the relay coil of the trigger relay 12 is connected to the operating voltage U _B. A relay coil current I _R thus flows through the relay coil of the tripping relay 12 , so that the circuit breaker 14 is triggered. At the same time, the capacitor C2 is charged via the diode D3 and the resistor R5. If the capacitor _voltage U _C _exceeds the reference _voltage U _{Ref2 of} the comparator V2, the output of the NAND gate N4 changes from high to low level and the output of the NAND gate N2 also changes from high to low level Transistor V4 blocked again. At the same time, the discharge of the capacitor C2 begins via the resistors R5 and R6. If U _C _{falls below} the reference _voltage U _Ref3 , the output of the NAND gate N4 changes back to high level. As a result, the transistor V4 is activated again, provided that the power supply unit 8 and thus the operating voltage U _{B have} not been switched off and the condition U _E <U _Ref1 is still fulfilled.

Über die Ladezeitkonstante R5xC2 wird demnach die Ansteuer zeit t_A bestimmt. Analog wird über die Entladezeitkonstante C2x(R5+R6) die Pausenzeit t_P bestimmt. Für ein kurzzeitiges Durchschalten des Transistors V4 und damit für ein repitie rendes leitende Schalten des Auslöserelais 12, wird die An steuerzeit t_A zweckmäßigerweise gemäß 5 ms ≦ t_A ≦ 100 ms einge stellt, während die Pausenzeit t_P ≦ 1s sein sollte. Bei Ver wendung eines Auslöserelais 12 mit einem Auslösegleichstrom I_A ≦ 100 mA und einem Verhältnis tP/tA ≈ 10 wird eine beson ders geringe Verlustleistung im Netzteilregler 11 erreicht, wenn der Relaisspulenstrom I_R über diesen geführt wird und dieser als Längsregler ausgeführt ist.The control time t _A is accordingly determined via the charging time constant R5xC2. Similarly, the pause time t _{P is} determined via the discharge time constant C2x (R5 + R6). For a short switching of the transistor V4 and thus for a repetitive conductive switching of the trigger relay 12 , the control time t _{A is} expediently set according to 5 ms ≦ t _A ≦ 100 ms, while the pause time should be t _P ≦ 1s. When using a tripping relay 12 with a tripping direct current I _A ≦ 100 mA and a ratio tP / tA ≈ 10, a particularly low power loss is achieved in the power supply regulator 11 if the relay coil current I _{R is passed} over it and this is designed as a series regulator.

Um undefinierte Zustände durch vorzeitige Unterbrechung des Auslösevorgangs aufgrund von Änderungen der Eingangsspan nung U_E während der Ansteuerung des Transistors V4 zu vermei den, erfolgt eine Rückkopplung vom Ausgang des NAND-Gat ters N1, N2 über eine Reihenschaltung aus einer Diode D2 und einem Widerstand R7 auf den (+)-Eingang des Komparators V1. Dadurch wird die Bedingung U_E < U_Ref1 während der Ansteuer zeit t_A zwangsweise hergestellt.In order to avoid undefined states due to premature interruption of the triggering process due to changes in the input voltage U _E during the activation of the transistor V4, there is feedback from the output of the NAND gate N1, N2 via a series circuit comprising a diode D2 and a resistor R7 to the (+) input of comparator V1. As a result, the condition U _E <U _{Ref1 is} forcibly established during the activation time t _A.

Der aus den Komparatoren V2 und V3 sowie dem NAND-Gat ter N3, N4 gebildete Präzisisons-Schmitt-Trigger kann auch durch einen Komparator mit großer Hysterese (< 1 V) ersetzt werden. Wird im Gegensatz zur repitierenden Ansteuerung des Auslöserelais 12 eine Ansteuerung mit einem Einzelimpuls be vorzugt, kann zwischen den Komparator V1 und den Wider stand R3 ein monostabiler Multivibrator geschaltet werden. Ein derartiger monostabiler Multivibrator ist beispielsweise in "Halbleiter-Schaltungstechnik", U. Tietze/Ch. Schenk, 6. Auflage, Springer-Verlag (1983), Seite 169ff, beschrieben. Bei dieser Schaltungsvariante entfallen der Präzisions- Schmitt-Trigger sowie das NAND-Gatter N1, N2, die Diode D3, die Widerstände R5, R6 und der Kondensator C2.The precision Schmitt trigger formed from the comparators V2 and V3 and the NAND gate ter N3, N4 can also be replaced by a comparator with high hysteresis (<1 V). In contrast to the repetitive activation of the trigger relay 12, activation with a single pulse is preferred, a monostable multivibrator can be connected between the comparator V1 and the resistor R3. Such a monostable multivibrator is described, for example, in "semiconductor circuit technology", U. Tietze / Ch. Schenk, 6th edition, Springer-Verlag (1983), page 169ff. This circuit variant eliminates the precision Schmitt trigger, the NAND gate N1, N2, the diode D3, the resistors R5, R6 and the capacitor C2.

Claims

1. Residual current circuit breaker with a line network (Ln) monitoring summation current transformer ( 2 ) connected to a power supply unit ( 8 ) and a trip relay ( 12 ) for actuating a circuit breaker ( 14 ) to the control trip circuit ( 5 ) is, characterized in that the trigger relay ( 12 ) is connected to the power supply ( 8 ) via an electronic switch ( 7 ), which is connected to the trigger circuit ( 5 ) by means of a control circuit ( 6 ) in a pulsatingly conductive manner.

2. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the electronic switch ( 7 ) within a drive time (t _a ) is conductive and within a pause time (t _P ) is blocked, the drive time (t _A ) being less than the pause time (t _P ) is.

3. Circuit breaker according to claim 2, characterized in that the activation time t _A ≦ 100 ms and the pause time t _P ≦ 1 s.

4. Circuit breaker according to one of claims 1 to 3, characterized in that the trigger relay ( 12 ) is connected to the power supply ( 8 ) via a network part controller ( 11 ).

5. Circuit breaker according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control circuit ( 6 ) comprises a comparator (V1) and a flip-flop ( 17 ), the output signals (S1, S2) for controlling the electronic switch ( 7 ) are logically linked.

6. A circuit breaker according to claim 5, characterized in that the comparator (V1) and the flip-flop (17) on the output side via an associate with a control input (E _S) of the electronic switch (7) AND gates (N1, N2) ver together linked are.

7. Circuit breaker according to claim 5 or 6, characterized in that the flip-flop ( 17 ) comprises a Schmitt trigger with two comparators (V2, V3) with downstream NAND gates (N3, N4).

8. Circuit breaker according to one of claims 4 to 7, characterized in that the control circuit ( 6 ) for determining the control time (t _A ) and the pause time (t _P ) a via a diode (D3) decoupled RC element (C2, R5; C2, R5, R6), which is connected to the comparator (V1) and the flip-flop ( 17 ) is connected upstream.

9. Circuit breaker according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electronic switch ( 7 ) is a transistor (V4), preferably before a field effect transistor, for. B. is a mosfet.

10. Circuit breaker according to one of claims 1 to 4, characterized in that the trigger relay ( 12 ) has a free-wheeling diode (D1) connected antiparally.