DE2540815B1

DE2540815B1 - Fehlerstromschutzschalter mit impulsausloesung

Info

Publication number: DE2540815B1
Application number: DE19752540815
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing Roesch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-12
Filing date: 1975-09-12
Publication date: 1976-08-12
Also published as: JPS5235846A; DE2540815A1; ATA536276A; FR2324112B1; AT352208B; GR60576B; FR2324112A1; DE2540815C2; GB1546455A; CH607316A5; JPS6051329B2; IT1072764B; ES451396A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung, der zwischen der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers und der Auslösewicklung des Auslösers eine Energiespeicherschaltung mit Lade- und Entladestromkreis eines Speicherkondensators aufweist. Solche Fehlerstromschutzschalter sind bekannt (DT-AS 10 57 683, OE-PS 05 574).

Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung speichern die vom Summenstromwandler sekundärseitig abgegebene Energie in einem Speicherkondensator und zünden bei einem vorgegebenen Wert ein Ventil, wie beispielsweise ein Thyratron oder einen Thyristor. Der Speicherkondensator entlädt dann die aufgespeicherte Energie über das Ventil und den hierzu in Reihe liegenden Auslöser, so daß dieser anspricht und den Schalter auslöst.

Solche Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung weisen im Vergleich mit direkt auslösenden Fehlerstromschutzschaltern, bei denen die Sekundärwicklung des Summenstromwandlers direkt mit dem Auslöser verbunden ist (OE-PS 1 97 467), den Vorteil auf, daß wegen der Energiespeicherung ohne Vergrößerung der Abmessungen schon bei niedrigeren Fehlerströmen, z. B. im Bereich von 10 mA, der Schalter auslösen kann.

Eine Auslösung bei so niedrigen Werten entspricht neueren Forderungen.

Bei Fehlerstromschutzschaltern mit Impulsauslösung ist es jedoch nachteilig, daß sie verhältnismäßig lange Auslösezeiten aufweisen. Selbst bei großen Fehlerströmen muß nämlich zuerst der Speicherkondensator aufgeladen werden, bevor ein Ventil, beispielsweise ein Halbleiterventil, leitend, gesteuert werden kann. Solche Fehlerstromschutzschalter weisen selbst bei großen

ίο Fehlerströmen noch Auslösezeiten auf, die 50 ms nicht unterschreiten und entsprechen somit nicht mehr den Sicherheitsbedingungen. Auch solche Zeiten erzielt man nur unter Anwendung von besonderen Hilfsmaßnahmen. So wird beispielsweise dauernd ein künstlicher Fehlerstrom erzeugt, der unter der Ansprechgrenze des Schutzschalters liegt. Der Summenstromwandler wird hierdurch vorerregt und der Speicherkondensator bereits bis zu gewissem Grade aufgeladen (OE-PS 2 05 574).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung zu entwickeln, der bei großen Fehlerströmen nach kürzeren Auslösezeiten, als es bisher bei solchen Schaltern möglich war, auslöst.

Die Lösung der geschilderten Aufgabe besteht darin, daß die Auslösewicklung sowohl in den Entlade- als auch in den Ladestromkreis des Speicherkondensators geschaltet ist. Hierdurch vereinigt man die Ansprechempfindlichkeit von Fehlerstromschutzschaltern mit Impulsauslösung bei kleinen Fehlerströmen mit den kurzen Auslösezeiten bei Auftreten eines größeren Fehlerstromes, wie sie bei direkter Auslösung bereits ermöglicht wurden. Dieser Fehlerstromschutzschalter kann also einerseits bei niedrigen Fehlerströmen in der Größenordnung von 10 mA ansprechen und erreicht bei größeren Fehlerströmen von z. B. 500 mA kurze Auslösezeiten in der Größenordnung von 20 ms. Solche kurzen Auslösezeiten sind bei großen Fehlerströmen durch direkt auslösende Fehlerstromschutzschalter bereits erzielt worden. Der Fehlerstromschutzschalter nach der Erfindung läßt sich wegen der Energiespeicherung jedoch kleiner als die direkt auslösenden Schutzschalter bauen. Bei direkter Auslösung erfolgt diese in ein bis zwei Halbwellen. Die durch den Wandler zu übertragende Leistung zur Erzielung ausreichender Auslöseenergie in kurzer Zeit muß daher groß sein. Das heißt: bei kleinen Strömen benötigt man daher einen großen Wandler. Bei Energiespeicherung kann der Wandler deshalb kleiner sein, da über mehrere Halbwellen, also eine längere Zeit, die Energie gespeichert, also bis zum Auslösemoment aufaddiert wird. Es genügt daher ein kleiner Wandler mit kleiner Leistungsübertragung. Bei großen Strömen überträgt andererseits auch der kleine Wandler ausreichend Energie zur direkten Auslösung.

Die Auslösewicklung kann zwischen den Speicherkondensator und einen Verzweigungspunkt zur Energiespeicherschaltung und Sekundärwicklung geschaltet sein. Summenstromwandler und Speicherkondensator können besonders klein gehalten werden, wenn als Auslöser ein nach Art eines Haltemagneten arbeitendes Relais verwandt wird. Bei Verwendung eines als Haltemagneten ausgebildeten polarisierten Auslösers ist dafür zu sorgen, daß sowohl der Lade- als auch der Entladestrom des Speicherkondensators die Auslösewicklung in derselben Richtung durchfließt. Dies läßt sich erzielen, indem die Auslösewicklung in der einen Brückendiagonale einer Brückenschaltung aus Gleich-

richtern angeordnet ist, die mit ihrer anderen Diagonalen zwischen Speicherkondensator und Verzweigungspunkt geschaltet ist.

Die Auslösewicklung läßt sich auch aus zwei Wicklungen aufbauen, die jeweils in einem Zweig einer antiparallelen Gleichrichterschaltung angeordnet sind. Man kann auch eine Wicklung im Ladestromkreis zwischen einem Verzweigungspunkt zur Energiespeicherschaltung und der Sekundärwicklung anordnen und die andere Wicklung in den Entladestromkreis der Energiespeicherschaltung einschalten.

Die Erfindung soll an Hand von in der Zeichnung vereinfacht wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In

F i g. 1 ist der wesentliche Aufbau des Fehlerstromschutzschalters dargestellt; in

F i g. 2 ist eine Detailschaltung für die Auslösewicklung eines Haltemagneten wiedergegeben, die man sich in F i g. 1 eingesetzt vorstellen kann; in

F i g. 3 ist eine weitere Detailschaltung nach Art der F i g. 2 dargestellt; in

F i g. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fehlerstromschutzschalter nach Art der Darstellung von F i g. 1 wiedergegeben; in

F i g. 5 ist ein Arbeitsdiagramm dargestellt.

Der Fehlerstromschutzschalter nach F i g. 1 weist zwischen einer Sekundärwicklung 1 eines Summenstromwandler 2 und einer Auslösewicklung 3 des Auslösers eine Energiespeicherschaltung 4 mit einem Speicherkondensator 5 auf. Primärwicklungen für Phase und Nulleiter des Summenstromwandler sind mit 6 bzw. 7 bezeichnet. Ein Gleichrichter für den Speicherkondensator 5 ist mit 8 bezeichnet. Der Ladekreis des Speicherkondensators 5 wird durch die Sekundärwicklung 1, den Gleichrichter 8 und die Auslösewicklung 3 gebildet. Im Entladestromkreis des Speicherkondensators 5 liegt ein Ventil 9 und die Auslösewicklung 3. Das Ventil 9 ist bei geladenem Speicherkondensator 5 leitend gesteuert.

Die Energiespeicherschaltung 4 weist im Ausführungsbeispiel mit der dargestellten Schaltung außer dem Speicherkondensator 5 und dem Ventil 9 noch einen Hilfskondensator 10 und Widerstände 11 und 12 auf. Der Hilfskondensator 10 und die Widerstände 11 und 12 sorgen in bekannter Weise dafür, daß das Ventil 9 dann leitend gesteuert wird, wenn der Speicherkondensator 5 ausreichend aufgeladen ist. Mit 13,14 und 15 sind bestimmte Verzweigungspunkte der Schaltung bezeichnet.

Die Auslösewicklung 3 nach F i g. 1 kann man sich einem gewöhnlichen Klappankerrelais zugeordnet vorstellen. Bei kleinen Fehlerströmen reicht der Ladestrom des Speicherkondensators 5 nicht aus, den Auslöser zum Ansprechen zu bringen. Nachdem die vom Summenstromwandler 2 dem Speicherkondensator 5 zugeführte Energie einen Wert erreicht hat, daß das Ventil 9 leitend gesteuert wird, reicht der impulsartig über die Auslösewicklung 3 als Endladestrom fließende Strom aus, den Auslöser ansprechen zu lassen. Das Schaltschloß des Leitungsschutzschalters öffnet daher die Kontaktstücke. Bei ausreichend großen Fehlerströmen, beispielsweise in der Größenordnung des zehnfachen Nennfehlerstromes, genügt der im Ladestromkreis des Speicherkondensators 5 durch die Auslösewicklung 3 fließende Strom, um den Auslöser ansprechen zu lassen, noch bevor das Ventil 9 leitend gesteuert werden kann. Diese Auslösezeiten liegen bei Werten unterhalb 20 ms. Nach F i g. 1 wird dies dadurch erzielt, daß die Auslösewicklung 3 zwischen den Speicherkondensator 5 und einen Verzweigungspunkt 15 zu Energiespeicherschaltung 4 und Sekundärwicklung 1 geschaltet ist.

Um die Vorteile eines als Haltemagneten ausgebildeten polarisierten Auslösers nutzen zu können, ist lediglich dafür zu sorgen, daß der Lade- und Entladestrom des Speicherkondensators 5 die Auslösewicklung 3 in derselben Richtung durchfließt. Hierzu eignet sich beispielsweise eine Schaltung nach F i g. 2, bei der die Auslösewicklung 3 in der einen Brückendiagonale einer Brückenschaltung aus Gleichrichtern 16 angeordnet ist. Die Brückenschaltung liegt mit ihrer anderen Diagonale zwischen dem Speicherkondensator 5 und dem Verzweigungspunkt 15.

Bei Verwendung eines als Haltemagneten ausgebildeten polarisierten Auslösers kann die Auslösewicklung 3 auch aus zwei Wicklungen 3a und 3b nach F i g. 3 bestehen. Jeweils eine der Wicklungen 3a und 3b ist danach in einem Zweig einer antiparallelen Gleichrichterschaltung mit Gleichrichtern 17 angeordnet. Diese Schaltung kann man sich wieder in F i g. 1 an den Verzweigungspunkten 13, 14 und 15 eingesetzt denken. Die Wicklung 3a liegt im Entladestromkreis und die Wicklung 3b im Ladestromkreis.

Bei Verwendung eines als Haltemagneten ausgebildeten polarisierten Auslösers mit einer Auslösewicklung aus zwei Wicklungen 3a und 3b kann nach F i g. 4 die Wicklung 3b zwischen dem Verzweigungspunkt 13 und der Sekundärwicklung 1 in den Ladestromkreis und die andere Wicklung 3a in den Entladestromkreis der Energiespeicherschaltung 4 eingeschaltet sein. Diese Energiespeicherschaltung unterscheidet sich nur unwesentlich von der Energiespeicherschaltung 4 nach F i g. 1. In der Anordnung nach F i g. 4 wird die Wicklung 3b nur vom Ladestrom und die Wicklung 3a nur vom Entladestrom durchflossen.

In F i g. 5 ist die Kennlinie des Fehlerstromschutzschalters veranschaulicht. Auf einer Abszisse 21 ist in logarithmischem Maßstab der Fehlerstrom in mA und auf einer Ordinate 22 in logarithmischem Maßstab die Zeit in ms aufgetragen. Eine Kurve 23 entspricht den strengsten heute gestellten Schutzforderungen (IEC-TC 64).

Eine Kurve 24 gibt das Auslöseverhalten des Fehlerstromschutzschalters nach der Erfindung wieder. Im oberen Zweig entspricht sie einer Kennlinie 25 guter Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung. Im unteren Kurvenverlauf entspricht die Kurve 24 dem Auslöseverhalten bekannter guter, direkt auslösender Fehlerstromschutzschalter. Der Bereich zwischen Kurven 26 gibt das Auslöseverhalten direkt auslösender Fehlerstromschutzschalter für einen Auslösestrom von 30 mA wieder.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fehlerstromschutzschalter mit Impulsauslösung, der zwischen der Sekundärwicklung des Summenstromwandler und der Auslösewicklung des Auslösers eine Energiespeicherschaltung mit Lade- und Entladestromkreis eines Speicherkondensators aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung (3) sowohl in den Entlade- als auch in den Ladestromkreis des Speicherkondensators (5) geschaltet ist.

2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung (3) zwischen den Speicherkondensator (5) und einen Verzweigungspunkt (13, 15) zur Energiespeicherschaltung (4) und Sekundärwicklung (1) geschaltet ist.

3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung (3) in der einen Brückendiagonale einer Brückenschaltung aus Gleichrichtern (16) angeordnet ist, die mit ihrer anderen Diagonalen zwischen Speicherkondensator (5) und Verzweigungspunkt (15) geschaltet ist.

4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung (3) aus zwei Wicklungen (3a, 3b) besteht, die jeweils in einem Zweig einer antiparallelen Gleichrichterschaltung angeordnet sind (F i g. 3).

5. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewicklung (3) aus zwei Wicklungen (3a, 3b) besteht, von denen eine Wicklung (3b) im Ladestromkreis zwischen einem Verzweigungspunkt (13) zur Energiespeicherschaltung (4) und der Sekundärwicklung (1) angeordnet ist und die andere Wicklung (3a) in den Entladestromkreis der Energiespeicherschaltung (4) eingeschaltet ist (F i g. 4).