DE2044302A1

DE2044302A1 - Fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: DE2044302A1
Application number: DE19702044302
Authority: DE
Inventors: Helmut 8400 Regensburg Rösch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-09-08
Filing date: 1970-09-08
Publication date: 1972-03-09
Also published as: DE2044302B2

Description

Fehlerstromschutzschalter Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler, der einen Magnetkern aufweist mit Primarwicklungen zum Anschluß an einen zu überwachenden Stromkreis und mit einer Sekundärwicklung, die die Erregerwicklung eines auf ein Schaltschloß für eine Schalteinrichtung einwirkenden Auslösemagneten speist.
Tritt im zu überwachenden Stromkreis ein Wechselstrom-Fehlorstrom auf, so entsteht in der Sekundärwicklung eine Spannung, aufgrund der der Auslösemagnet anspricht, so daß die Schalteinrichtung über das Schaltschloß zur Unterbrechung des zu überwachenden Stromkreises betätigt wird.
Ein derartiger Fehlerstromschutzschalter konnte bisher nicht zur Überwachung von Stromkreisen verwendet werden, in denen auch Gleichstrom-Fehlerströme zu erwarten sind. Der Fehlerstromschutzschalter löst überhaupt nicht aus, wenn er von einem Gleichstrom-Fehlerstrom durchflossen wird, da bekannttich zum Induzieren einer Spannung in der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers ein Wechselstrom in der Primärwicklung erforderlich ist. Selbst die Flußänderung, die ein in einer Primärwicklung des Summenstromwandlers fließender, durch Einweggleichrichtung von Wechselstrom erzeugter zerhackter Gleichstrom-Fehleretrom im Wandler hervorruft, sind nicht so groß, daß eine zur Auslösung des Fehlerstromschutzschalters genügende Spannung in der Sekundärspule des Summenstromwandlers induziert wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu achaffen und den Einsatz eines derartigen Fehlerstromschutzschalters beispielsweise auch in Strolnkre isen mit thyristorgesteuerten Gleichstrommotoren zu ermöglichen, in denen wegen der Thyristorsteuerung neben Wechselstrom-Fehlerströmen auch Gleichstrom-Fehlerströme auftreten können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Fehlerstromschutzschalter der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern einen Induktionshub hat, der so groß ist, daß die durch einen pulsierenden, in einer Primärwicklung des Summenstromwandlers fließenden Gleichstrom-Pehlers trom in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zum Betätigen des Auslösemagneten ausreicht.
Günstigtrweise hat der Magnetkern des Summenstromwandlers einen Induktixnshub von mehr als 3000 Gauss, insbesondere von mindestens 4000 Gaiss.
Ferner :st es vorteilhaft, wenn der Magnetkern eine relative Impulspzrmeabilität von mindestens 1000 hat. Hierdurch werden kleine xbmessungen des Wandlers und damit auch des Fehlerstromschutzschalters erzielt, da in diesem Fall nur eine verhältnismäßig geringenagnetische Erregung zur Auslösung des Fehlerstromschutzschaltes erforderlich ist und deshalb die Primärwindungszahl des Summenstomwandlers klein gehalten werden kann.
Die Erfndung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung näher erläutert: Figur 1 ;eigt Hystereseschleifen von Kernen aus magnetischen Werkstoffen.Figur 2 zeigt einen Fehlerstromschutzschlter gemäß der Erfindun.
Figur 3 eigt die Magnetkennlinien eines bisher üblichen und eines erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters.
Figur 1 eigt eine Hystereseschleife 1 (Induktion B aufgetragen über derFeldstärke H) eines Kernes aus magnetischem Werkstoff mit große Induktionshub #B1 und eine Hystereseschleife 2 eines Kernes as magnetischem Werkstoff mit kleinem Induktionshub # Unter delInduktionshub ist die Differenz zwischen der Sättigungsinduktio:Bm und der Remanenzinduktion 3r1 bzw. Br2 zu verstehen.
#H H istler Feldstärkehub bis zum Erreichen der Sättigungsinduktion.
Der Quotient = = B . 1 ( yo = Induktionskonstante) wird als Impulspermeabilität bezeichnet.
Der Pchlers troms chutzs chalter 3 nach Figur 2 dient zum Überwachen der Zeitungen P/U und Np einer elektrischen Anlage. Er weist einen Summenstromwandler 4 mit einem Magnetkern 5 auf. Der Magnetkern 5 ist ein Ringkern, vorzugsweise ein aus einem aufgewickelter Band aus weichmagnetischem Werkstoff bestehender Ringbandkern. lie Banddicke kann z.B. 0,006 bis 0,3 mm betragen. Auf diesem Magnctkern sitzen die in Figur 2 als jeweils eine Windung dargestellten Primärwicklungen 6 und eine Sekundärwicklung 7. Die Primärwichungen 6 liegen in den zu überwachenden Leitungen R/U und Mp. Die Sekundärwicklung 7 ist an die Erregerwicklung 9 eines Auslösemameten 8 angeschlossen. Dieser Auslösemagnet 8, der ein Haltemagnet oder ein Arbeitsmagnet sein kann, wirkt über ein mechanisches Vrbindungsteil 8a auf das Schaltschloß 10 ein, welches über ein Schaltstange 10a die in den zu überwachenden Leitungen R/U und M liegenden Schaltkontakte 11 betätigt.
Der Magnetkern 5 des Summenstromwandlers 4 hat günstigerwtse einen Induktionshub größer als 3000 Gauss und eine Impulspermeahlität von mindestens 1000. Vorteilhaft beträgt der Induktionshulmindestens 4000 Gauss.
Ein geeigneter Werkstoff für den Magnetkern 5 ist z.B. eie Eisen-Nichel-Legierung, die 61 bis 67 Gew.% Nickel und 2 bis 4 ew.
molybdän sowie geringe Entoxydations- und Bearbeitungszustze (Silizium und Mangan bis zu 1 Gew.%) und den Rest Eisen ethält.
Diese Legierung bzw. ein aus dieser Legierung bestehendeiRingbandkern wurde 4 bis 6 Stunden lang bei 95000 bis 120000 gegXht und danach 3 bis 5 Stunden lang auf eine Temperatur von 400° (bis 5000C erhitzt. Das Erhitzen auf 4000C bis 50000 erfolgt prteilhaft in einem Magnetfeld, dessen Feldlinien quer bzw. sekrecht zu der Richtung verlaufen, die der Magnetfluß im Werkstof hat, wenn dieser in Form des Magnetkern im Summenstromwandlereingebaut ist. Die Sättigungsinduktion eines so behandelten Slgbandkernes aus dieser Legierung beträgt etwa 12500 Gauss, dE Indiü tionshub liegt im Bereich von 6000 bis 11000 Gauss und ce Im-* begannte pulspermeabilität im Bereich von 4000 bis 1000.
Eine andere bekannte, für den Magnetkern desçSummerstromwandlers im erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter geeignete Eisen-Nickel-Legierung kann 75 bis 82 Gew./o Nickel, 2 bis 5,5 Gew.
Molybdän und 0 bis 5 Gew./a Kupfer, sowie bis zu 1 Gew. Entoxydations- und Bearbeitungszusätze (Silizium und Mangan) und den Rest Eisen enthalten. Der Eisengehalt beträgt günstigerweise mindestens 6,5 Gew.%. Diese Legierung bzw. ein Ringbandkern aus dieser Legierung wurde 2 bis 6 Stunden lang bei 95000 bis 12200C geglüht und danach 1 bis 3 Stunden lang auf 4500C bis 6000C erhitzt. Sclsließlich wurde die Legierung bzw. der Kern noch 1 bis 50 Stunden lang bei 2500C bis 400°C getempert. Das Tempern bei 25000 bis 4000C erfolgt vorteilhaft in einem Magnetfeld, dessen Peldlinien quer bzw. senkrecht zu der Richtung verlaufen, die der Magnetfluß in der Legierung hat, wenn diese in Form des Magnetkerns im Summenstromwandler eingebaut ist. Ein so behandelter Ringbandkern aus dieser Legierung hat eine Sättigungsinduktion von etwa 8000 Gauss und einen Induktionshub im Bereich von 5000 bis 6500 Gauss sowie eine Impulspermeabilität im Bereich von 15000 bis 5000.
Der Magnetkern 5 des Summenstromwandlers kann auch aus entsprechenden Ferriten bestehen.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters sei anhand der Figur 3 erklärt: In der Ordinate des Diagramms nach Figur 3 sind der FlufS # bzw. die Zeit t und in der Abzisse der im zu überwachenden Stromkreis fließende Fehlerstrom If aufgetragen. Fließt ein Wechselstromfehlerstrom entsprechend der gestrichelten Kurve 12 in Figur 3 durch den Summenstromwandler 4, so wird dieser entsprechend der Magnetkennlinie 13 magnetisiert. Bei entsprechender Höhe dieses Wechselstromes wird die gesamte Magnetkennlinie 13 während einer Periode des Wechselstromfehlerstromes durchlaufen, und die auftretende Plußänderung A # ist sehr groß, so daß auch die in der Sekundä.rwicklung des Sumnenstromwandlers induzierte Spannung nach dem Induktionsgesetz so groß ist, daß sie die Ansprechspannung des Auslöse magneten 8 übersteigt und der Pehlerstromschutzschalter ohne Schwierigkeiten auslöst.
Hat der Pehlerstrom hingegen den Charakter eines pulsierenden Gleichstromes entsprechend der ausgezogenen Kurve 14 in Figur 7 (Einweggleichstrom), so wird bei der Magnetisierung des Magnetkcrns 5 des Summenstromwandlers 3 die Magnetkennlinie 13 nur bis zum Remanenzpunkt 15 durchlaufen. Der Induktionshub des Magnetkerns des Summenstromwandlers im erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter ist jedoch genügend groß, so daß die Flußänderung41 noch zum Induzieren einer die Ansprechspannung des Auslösemagneten 8 übersteigenden Spannung in der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers ausreicht und der Fehlerstromschutzschalter auslöst. Zum Vergleich ist in Figur 3 gestrichelt die Magnetkennlinie 16 eingezeichnet, die gelten würde, wenn der Induktionshub des Magnetkernes nicht die zur Auslösung des Fehlerstromschutzschalters erforderliche Größe hat. Bei Auftreten eines aus pulsierendem Gleichstrom entsprechend der Kurve 14 in Figur 3 bestehenden Fehlerstromes würde die Magnetkennlinie 16 nur bis zum Remanenzpunkt 17 durchlaufen werden, der wesentlich höher als der Remanenzpunkt 15 liegt, so daß die entsprechende Flußänderung ##2 kleiner ist als die Flußänderung ##1 Lmd zum Induzieren einer den Ansprechwert des Auslösemagneten 8 übersteigenden Spannung in der Sekuncärwicklung 7 des Summenstromwandlers 4 nicht ausreicht.
Hat der Magnetkern des Summenstromwandlers im erfindungsgemäßen Pehlerstromschutzschalter auch noch eine große Impulspermeabilität, so ist der Anstieg der Magnetkennlinie 13 in Figur 3 sehr steil, d.h. die zum Auslösen des Schalters erforderliche Plußänderung ß 1 wird bereits durch verhältnismäßig kleine Fehlerströme erzielt.
Der erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschalter hat insbesondere den Vorteil, daß der Unterschied zwischen den Ansprechwerten für Wechzelstromfehlerstrom und Gleichstromfehlerstrom verhältnismäßig gering ist. Dieser Unterschied ist umso kleiner, je geringer die Remanenzinduktion des Magnetkernes des Summenstromwandlers ist.
3 Patentansprüche 3 Piguren

Claims

Patentansprüche S Pehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler, der einen Magnetkern aufweist mit Primärwicklungen zum Anschluß an einen zu überwachenden Stromkreis und mit einer Sekundvärwicklung, die die Erregerwicklung eines auf ein Schaltschloß für eine Schalteinrichtung einwirkenden Auslösemagneten speist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern einen Induktionshub hat, der so groß ist, daß eine durch einen pulsierenden, in einer Primärwicklung des Summenstromwandlers fließenden Gleichstrom-Behlerstrom in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zum Betätigen des Auslösemagneten ausreicht.
2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern des Summenstromwandlers einen Induktionshub von mehr als 3000 Gauss, insbesondere von mindestens 4000 Gauss hat.
3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern des Summenstromwandlers eine relative Impulspermeabilität on mindestens 1000 hat.