DE2530456A1 - Fehlerstromschutzschalter - Google Patents

Fehlerstromschutzschalter

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DE2530456A1
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current
transformer
trip
circuit
voltage
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DE19752530456
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English (en)
Inventor
Bernd Trautmann
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Siemens AG
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Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/33Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Fehlerstromschutzschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstromschutzschalter zum Abschalten elektrischer Anlagen beim Auftreten eines Fehlerstromes mit einem Stromwandler und einem zusätzlichen Transformator.
  • Fehlerstromschutzschalter sind üblicherweise zur Erfassung des Fehlerstromes und zugleich zur Energiezufuhr für das Auslöseglied mit einem Wandler in der Form eines Ringbandkernes versehen. Dieser Ringbandkern bietet gunstige Voraussetzungen für die Energieübertragung. Durch das Aufwickeln von Bändern aus Material hoher Permeabilität erhält man auch bei wenigen Windungen des Hauptstrompfades verhältnismäßig hohe Induktititäten, zumal in Richtung der magnetischen Feldlinien kein Luftspalt auftritt. Nachteilig ist bei diesen Ringbandkernen, daß die Windungen einzeln durchgefädelt werden müssen. Der Aufwand für die Herstellung erhöht sich deshalb mit der Windungszahl, die entsprechend begrenzt ist, wodurch sowohl der Bereich der Ausgangsspannung des Wandlers als auch die absolute Höhe dieser Spannung gering ist.
  • Man könnte zwar den Ringbandkern durch einen Transformatorkern ersetzen; dann braucht man aber zur Herstellung einer Induktivität, deren Größe unmittelbar die Ausgangsleistung beeinflußt, eine wesentlich höhere Primärvindungszahl als bei einem Ringbandkern.
  • Transformatorkerne bestehen nämlich im allgemeinen aus einem Material mit verhältnismäßig geringer Permeabilität, die durch Luftspalte noch weiter vermindert wird. Darüber hinaus müssen die Primärleitungen Nennströme in der Größenordnung von mehr als 10 A führen und es sind somit große Querschnitte erforderlich, die einen entsprechenden Raum benötigen.
  • Eine bekannte Auslöseschaltung für Leistungsschalter enthält einen Stromwandler, in dessen Sekundärkreis wenigstens ein zusätzlicher Transformator enthalten ist. Diese Auslöseschaltung dient als Erdschlußschutz. Falls ein Fehlerstrom zur Erde auftritt, wird durch einen Spannungswandler eine Fehlerspannung gebildet. In einer Vergleichsschaltung wird die Phasenlage der Fehlerspannung mit der Phasenlage eines Fehlerstromes verglichen, der von dem Stromwandler geliefert wird. Die vom Sekundärkreis des Stromwandlers gespeiste Vergleichsschaltung kann auch noch mehrere zusätzliche Transformatoren enthalten (deutsche Auslegeschrift 1 198 446).
  • Ein bekannter Fehlerstromschutzschalter enthält im Sekundärkreis eines Stromwandlers einen zusätzlichen Transformator, dessen Primärwicklung im Steuerkreis eines elektronischen Verstärkers angeordnet ist. Dieser Transformator hat die Aufgabe, eine Rückkopplung im Stromkreis eines Auslösemagneten für einen Leistungsschalter zu bilden. Zu diesem Zweck ist die Sekundärwicklung des zusätzlichen Transformators mit dem Lastkreis des Verstärkers und einer Kapazität in Reihe geschaltet. Aufgrund der Rückkopplung zwischen dem Kollektorkreis und dem Basiskreis des Verstärkers über den zusätzlichen Transformator wird ein Wechselstrom aufgeschaukelt, der den Auslösemagneten zum Ansprechen bringt. Die zur Betätigung des Auslösers erforderliche Energie wird von der Kapazität geliefert, die von einer zusätzlichen Spannungsquelle geladen wird (deutsche Auslegeschrift 1 190 554).
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Fehlerstromschutzschalter zu schaffen, der auch bei einem sehr geringen Fehlerstrom die zur Auslösung erforderliche Energie überträgt. Mit den bekannten Fehlerstromschutzschaltern erhält man beispielsweise mit einem Auslösestrom von etwa 30 mA im Sekundärkreis des Stromwandlers eine Auslöse spannung von etwa 20 mV. Es wurde nun erkannt, daß auch geringere Fehlerströme, die beispielsweise über einen menschlichen Körper abgeleitet werden, bereits eine Schockwirkung im Organisamus hervorrufen können. Mit einem geringeren Strom erhält man aber auch eine entsprechend verminderte Spannung im huslöserstromkreis und die übertragene Energie reicht zur Betätigung des Auslösers nicht mehr aus. Enthält der Auslöserstromkreis beispielsweise elektronische Schaltelemente mit einer Sperrschicht, so muß die Spannung im Sekundärkreis des Wandlers die Schwellspannung dieser Schaltelemente überschreiten. Die Spannung im Sekundärkreis des Stromwandlers muß somit größer als 100 mV sein.
  • Die genannte Aufgabe wird bei einem Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art deshalb erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zusätzliche Transformator zur Ubertragung der zur Betätigung des Auslösers erforderlichen Stromstärke bzw. der Spannung vorgesehen ist. Er muß somit die notwendige Energie übertragen und die Ausgangsspannung des Stromwandlers entweder soweit herabtransformieren, daß damit ein Auslöser mit hohem Strom gespeist werden kann oder so weit herauftransformieren, daß ein Auslöser bzw. eine Auslöseschaltung mit hoher Spannung gespeist werden kann, ohne daß die Wicklungen des Stromwandlers eine begrenzte Zahl von Windungen überschreiten. Die Primärwicklung des Zusatztransformators wird in Verbindung mit seinem Kern so gewählt, daß die im Sekundärkreis gelieferte Leistung bei geringem Strom zur Betätigung des Auslösers ausreicht. Enthält der Auslöser und damit der Sekundärkreis des zusätzlichen Transformators elektronische Bauelemente, so wird die Sekundärspannung so gewahlt, daß sie wesentlich größer ist als die Schleusenspannung oder Restspannung dieser elektronischen Bauelemente und die letzteren insbesondere möglichst um ein Vielfaches Ubertrifft, damit-die Verluste begrenzt werden.
  • Der Transformator kann aber auch so ausgelegt werden, daß er bei verhältnismäßig kleiner Spannung einen hohen Strom liefert, der ausreicht zur direkten Speisung des elektromagnetischen Auslösers eines Leistungsschalters.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der zwei Ausführungsbeispiele der Schaltung eines Fehlerstromschutzschalters nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind. Figur 1 zeigt die Speisung eines Auslösers mit direkter Speisung eines Auslösers mit einem zusätzlichen Transformator nach der Erfindung. In Fig. 2 ist eine besondere Ausführungsform mit einer Speicherkapazität veranschaulicht.
  • In Figur 1 sind zwei mit 2 bzw. 4 bezeichnete Primärleiter eines Strompfades von einem Laststrom I durchflossen, dessen Richtungssinn in der Figur durch entsprechende Pfeile angedeutet ist. Diese Leiter 2 und 4 dienen als Primärleiter für einen Stromwandler 6 mit einem Kern 8, der vorzugsweise ein Ringbandkern sein kann und der mit vorzugsweise wenigstens 2, insbesondere bis zu etwa 20 Sekundärwindungen versehen ist. An die Sekundärwicklung 10 ist die Primärwicklung 12 eines zusätzlichen Transformators 14 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung 16 einen Auslöser 20 speist, dessen Einzelteile zur Vereinfachung lediglich als Lastwiderstand 18 dargestellt sind.
  • Die Sekundärwicklung 10 des Stromwandlers 6 soll-beispielsweise 10 Windungen enthalten. Würde man dann den Sekundärkreis des Stromwandlers 6 anstelle der Primärwlcklung 12 des zusätzlichen Transformators 14 mit einem in der Figur nicht dargestellten Lastwiderstand von beispielsweise 14 Ohm abschließen, so würde man mit einem im Leiter 2 oder 4 fließenden Fehlerstrom von 27 mA an dem Lastwiderstand eine Spannung von 24 mV erzeugen und damit eine Leistung von 41 uW übertragen.
  • Dagegen erhält man bei gleichem Fehlerstrom in der Anordnung nach der Erfindung mit einem Lastwiderstand 18 von beispielsweise 1,9 k0hm und mit 10 Windungen der Primärwicklung 12 des Transformators 14 eine Spannung U12 an der Primärwicklung 12 von 26 mV und eine Sekundärspannung U16 von 220 mV, die als Eingangsspannung am Auslöser 20 wirksam ist.
  • Die gegebenen Fehlerströme, Wandler und Lastwiderstände lassen sich mit Hilfe des zusätzlichen Transformators leicht optimieren.
  • Durch entsprechende Auslegung des Stromwandlers und des zusätzlichen Transformators kann man ohne Schwierigkeit eine Eingangsspannung des Auslösers 20 von 1 V erreichen.
  • Ebenso ist es möglich, daß bei vorhandenen Konstruktionen, die bereits mit einer vorbestimmten Anzahl Sekundärwindungen auf dem Kern des Wandlers 6 versehen sind, die Montagekosten gesenkt werden können. Dies ist dadurch erreichbar, daß man sich auf wenige, insbesondere bis zu 10 Sekundärwindungen beschränkt und als zusätzlichen Transformator 14 einen handelsüblichen Transformator nachschaltet.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist nur jeweils eine Windung der Primärleiter 2 und 4 des Stromwandlers 6 vorgesehen. Der Wandler 6 kann aber auch mehrere Primärwindungen je Leiter enthalten.
  • In der besonderen Ausführungsform eines Fehlerstromschutzschalters nach Fig. 2 ist im Sekundärkreis des zusätzlichen Transformators 14 eine Auslöseschaltung für den als Relaisspule dargestellten elektromagnetischen Auslöser 20 mit einer Speicherkapazität 22 vorgesehen, der eine Gleichrichterschaltung 24 zugeordnet ist, die eine Diode 25 enthält und mit deren Hilfe die Kapazität 22 von der Sekundärspannung U16 der Sekundärwicklung 16 des Transformators 14 geladen wird. An die Speicherkapazität 22 ist der elektromagnetische Auslöser 20 in Reihe mit einer elektronischen Steuerschaltung 26 angeschlossen, die in der Figur als Thyristor dargestellt ist.
  • Durch die Sekundärspannung U16 des Transformators 14 wird die Speicherkapazität 22 aufgeladen, wenn im Primärleiter 2 oder 4 ein Fehlerstrom fließt. In Abhängigkeit von einer vorbestimmten Spannung der Speicherkapazität 22 läßt die elektronische Steuerschaltung 26 den Strom über den Auslöser 20 fließen.
  • Die in Figur 2 dargestellte Gleichrichterschaltung 24 kann beispielsweise auch eine Doppelweggleichrichtung oder eine Spannung vervielfacherschaltung, insbesondere eine Spannungsverdopplerschaltung enthalten.
  • Die Ausf-hrungsformen mit einer Speicherkapazität im Sekundärkreis des Transformators 14 haben den Vorteil, daß von dem Stromwandler 6 und dem Transformator 14 nur eine verhältnismäßig geringe Leistung zu übertragen ist. Die Speicherkapazität wird während mehrerer Perioden des Fehlerstromes aufgeladen und über den Auslöser 20 entladen, sobald die für den leistungsstarken Auslöser notwendige Energie gespeichert ist. Bei einem Fehlerstrom von 20 mA kann die Ladezeit der Kapazität und damit die Zeit bis zum Abschalten der Anlage beispielsweise 0,5 Sekunden betragen.
  • 3 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (3)

  1. Pat entansprüche t Fehlerstromschutzschalter mit einem Auslöser zum Abschalten ektrischer Anlagen beim Auftreten eines Fehlerstromes mit einem Stromwandler und einem zusätzlichen Transformator, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Transformator (14) zur Ubertragung der zur Betätigung des Auslösers (20) erforderlichen Stromstärke bzw. Spannung vorgesehen ist.
  2. 2) Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des Transformators (14) wenigstens eine Speicherkapazität (22) vorgesehen ist, deren Ladestrompfad eine Gleichrichterschaltung (24) enthält und die über den Auslöser (20) entladbar ist.
  3. 3) Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (24) eine Spannungsvervielfacherschaltung enthält.
DE19752530456 1975-07-08 1975-07-08 Fehlerstromschutzschalter Withdrawn DE2530456A1 (de)

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DE19752530456 DE2530456A1 (de) 1975-07-08 1975-07-08 Fehlerstromschutzschalter
JP8144676A JPS529871A (en) 1975-07-08 1976-07-08 Leakage breaker
JP7727080U JPS55166044U (de) 1975-07-08 1980-06-03

Applications Claiming Priority (1)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0576356A1 (de) * 1992-06-24 1993-12-29 SERD Société d'Etude et de Réalisation de Disjoncteurs Schaltung für Fehlerstromschutzschalter

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Also Published As

Publication number Publication date
JPS55166044U (de) 1980-11-29
JPS529871A (en) 1977-01-25

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