DE2653453B2

DE2653453B2 - Schaltungsanordnung für eine aus der Netzspannung über Gleichrichterelemente abgeleitete Hilfsspannung für mehrpolige Fehlerstrom-Schutzschalter

Info

Publication number: DE2653453B2
Application number: DE19762653453
Authority: DE
Inventors: Horst 2890 Nordenham Zielasko
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1976-11-25
Filing date: 1976-11-25
Publication date: 1978-09-07
Also published as: DE2653453A1; DE2653453C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Fehlerstrom-Schutzschalter bekannter Art arbeiten nach dem Differenzstrom-Prinzip, das bedeutet, daß die Summe der durch den Schalter in die dem Schalter nachgeordnete Anlage ein- und ausfließenden Ströme gebildet und gemessen wird. Im Normalfall ist diese Summe gleich Null. Tritt in der Anlage ein Ableitstrom zur Erde hin auf, so wird dieses Verhältnis gestört und es entsteht zwischen zu- und abfließendem Strom eine Differenz in Höhe des zur Erde abfließenden Fehlerstromes. Diese Differenz wird im Schalter gemesisen. Bei entsprechender Höhe dieser Differenz, dem »Nennfehlerstrom« des Schalters, trennen die Kontakte des Schalters den Verbraucherstromkreis vom Netz ab.

Die Differenzerfassung erfolgt wie bekannt durch den in derartigen Schaltern eingebauten Stromwandler, durch den alle Verbrauchsströme, die über den Schalter fließen, geführt werden. An einer Sekundärwicklung dieses Stromwandlers ist als Meßglied eine Auslöseanordnung geschaltet, die bei einem vorbestimmten Differenzstromwert die Trennung der Kontakte veranlaßt.

Es sind Bauformen von Fehlerstrom-Schutzschaltern bekannt, bei denen die Dimensionierung von Stromwandler und Auslöseanordnung so gewählt werden, daß die vom Stromwandler gelieferte Energie zum Betätigen der Auslöseanordnung allein ausreicht. Solche Schalter benötigen für die Funktion keine Hilfsspannung.

Andere Bauformen von Fehlerstrom-Schutzschaltern enthalten Verstärkungseinrichtungen zur Verstärkung der Wandlerenergie, wobei diese Verstärkungseinrichtungen für ihre Funktion eine Hilfsspannungsquelle benötigen, die in der Regel aus der vorhandenen Netzspannung abgeleitet wird. Bauformen von Fehlerstrom-Schutzschaltern für besondere Zwecke, wie z. B. Fernsteuerungen oder Erfassung von Fehlerströmen, die mit einem einfachen Stromwandler herkömmlicher Art nicht erfaßt werden können, benötigen in der Regel ebenfalls eine Hilfsspannungsquelle.

Es sind nun verschiedene Schaltungsanordnungen zur Erzeugung von Gleichspannungen bekannt (Datenbuch 1972/73 »Selen-Leistungsgleichrichter« von Siemens), die sich zur Speisung einer derartigen Hilfsspannungsquelle mit Einschränkungen eignen. Bei Anwendung der Brückenschaltung (Datenbuch S. 16, Schaltung 5.2.3) wird die Hilfsspannungsquelle aus einem Außenleiter und dem Mp-Leiter des Netzes versorgt Handelt es sich bei dem eingesetzten Fehlerstrom-Schutzschalter gleichzeitig um einen Schalter für mehr als zweipoligen Anschluß, so besteht die Gefahr, daß bei Ausfall des versorgenden Außenleiters oder des Mp-Leiters die Verstärkungseinrichtung stromlos ist und der Schalter bei Fehlerströmen, die aus den übrigen Außenleitern oder aus dem defekten (unterbrochenen) Mp-Leiter in die Anlage fließen, nicht abschalten kann. Aus diesem Grunde wird in Fehlerstrom-Schutzschaltern bereits eine Hilfsspannungsversorgung benutzt, die über Gleichrichterstrecken einer bereits bekannten Drehstrom-Sternschaltung (Datenbuch S. 16, Schaltung 5.2.4) gespeist wird. Diese Schalter funktionieren auch dann noch, wenn nur noch ein Außenleiter und der Mittelpunktsleiter Mp intakt sind. Da es jedoch den Fall gibt, daß zwar die Außenleiter, nicht aber der Mp-Leiter (durch Unterbrechung) intakt ist, kann der Schalter bei einem derartigen Fehler nicht abschalten. Auch der Fehlerfall, daß nur noch zwei Außenleiter spannungsführend sind, ein Außenleiter und der Mp-Leiter aber unterbrochen sind, ist denkbar und macht den Fehlerstrom-Schutzschalter in diesem Gefahrenfall unwirksam.

Auch im Fall des Einsatzes der ebenfalls bekannten Drehstrom-Brückenschaltung (Datenbuch S. 17, Schaltung 5.2.5) zur Hilfsspannungsversorgung in einem mehrpoligen Fehlerstrom-Schutzschalter kommt es zu einem Versagen, wenn zwei Außenleiter ausfallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit eines Fehlerstrom-Schutzschalters der eingangs geschilderten Art auch dann sicherzustellen, wenn nur zwei beliebige der normalerweise vier Anschlußleitungen noch intakt sind. Dabei soll der Aufwand an Bauelementen gering gehalten sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Anzahl möglicher Fehlerfälle, die die Schutzwirkung eines Fehlerstrom-Schutzschalters beeinträchtigen können, entscheidend verringert wird. Durch die Besonderheit der Anschaltung von zwei zusätzlichen Gleichrichterstrecken an eine bekannte Drehstrom-Brückenschaltung ist eine vierpolige Brükkengleichrichterschaltung entstanden, die den vorgese-

^b0 henen Zweck voll erfüllt und dadurch die Funktionsbereitschaft von Fehlerstrom-Schutzschaltern, die mit netzabhängiger Hilfsspannungsversorgung arbeiten, wesentlich sicherer macht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach

^b) dem Hauptanspruch sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Eine wesentliche Verbesserung der erfindungsgemäßen Schaltung kann noch dadurch erreicht werden, daß

Widerstände zum Schutz gegen Überlastung durch hohe Stoßspannungen in den Netzzuleitungen den GlJichrichterstrecken der stromzuführenden Leiter vorgeschaltet werden (Anspruch 3). Hierfür kommen sowohl Widerstände mit linearer als auch mit nicht linearer Charakteristik, letzten Endes auch in gemischter Form in Frage (Anspruch 4).

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung ist zusammen mit bereits bekannten Schaltungen in Stromlaufzeichnungen auszugsweise dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine bekannte Schaltung, bei der die Hilfsspannungsversorgung nur über einen Außen- und den Mp-Leiter erfolgt

Fig.2 eine ebenfalls bekannte Schaltung mit Drehstrom-Sternschaltung der Gleichrichterstrecken

Fig.3 eine weitere, gleichfalls bekannte Schaltung mit Drehstrom-Brückenschaltung der Gleichrichterstrecken

Fig.4 eine Schaltung gemäß der Erfindung mit vierpoliger Brückenschaltung von 8 Gleichrichterstrekken

F i g. 5 die Schaltung wie 4, jedoch mit vorgeschalteten Widerständen.

In den F i g. 1 bis 5 sind die Außenleiter mit R, Sund T und der Mittelpunktsleiter mit Mp bezeichnet. Die zum Verbraucher abzweigenden Leiter sind über Schaltkontakte geführt, die zu einem Schaltschloß gehören und die Bezeichnungen K\, K2, K3, Ka tragen. Für Gleichrichter stehen die Bezeichnungen d bis Gs und für einen Kondensator die Bezeichnung C zur Verfügung. Die abgreifbare Hilfsspannung ist mit Uh bezeichnet.

Nach Fig. 1 erfolgt die Hilfsspannungsveisorgung nur über zwei Leiter, und zwar über einen Außen- und den Mittelpunktsleiter. Bei Ausfall des Leiters R oder Mp erfolgt kein Ausschalten des Fehlerstrom-Schulzschalters im Gefahrenfall.

Die in F i g. 2 dargestellte Drehstrom-Sternschaltung der Gleichrichterstrecken bewirkt, daß auch bei Ausfall eines oder von zwei Außenleitern die Hilfsspannung aufrechterhalten wird. Jedoch wird bei Ausfall des Mittelpunktleiters Mp die Hilfsspannungsquelle spannungslos, somit versagt der Fehlerstrom-Schutzschalter.

Die in Fig.3 dargestellte Drehstrom-Brückenschaltung der Gleichrichterstrecken bewirkt, daß auch bei Ausfall eines Außenleiters und des Mittelpunktsleiters die Hilfsspannung aufrechterhalten wird. Jedoch wird durch Ausfall von zwei Außenleitern — ein Außenleiter und der Mittelpunktsleiter sind noch intakt — die Hilfsspannungsquelle spannungslos, so daß der Fehlerstrom-Schutzschalter ebenfalls versagt.

Die Drehstrorn-Brückenschaltung mit den Gleichrichterstrecken Gi bis Gb nach F i g. 4 bewirkt, daß die Hilfsspannung auch bei Ausfall eines Außenleiters und des Mittelpunktsleiters aufrechterhalten bleibt. Für den Fall, daß nur noch ein Außenleiter und der Mittelpunktsleiter intakt sind, also zwei Außenleiter spannungslos sind, wird über die Gleichrichterstrecken G₇ und G₈ in Verbindung mit den Gleichrichterstrecken der intakten Außenleiter, also G\ und G₂ bzw. G₃ und G₄ bzw. G₅ und Gt, durch die dann wirksame Brückenschaltung die Hilfsspannung aufrechterhalten.

Nach F i g. 5 enthält die in F i g. 4 dargestellte ■> Schaltung zusätzlich Schutzwiderstände R_x bis R₃. Diese sind im einfachsten Fall rein ohmsche Widerstände, die eine lineare Widerstandscharakteristik aufweisen. Vorzugsweise, mindestens zu einem Teil, kommen auch Widerstände mit nicht linearer Widerstandscharakteristik in Betracht, so z. B. spannungsabhängige Widerstände. Dies hat den Vorteil, daß bei Anschaltung eines einfachen Stabilisierungsmittels zur Hilfsspannung Uh (z. B. Zenerdiode), die durch den dauernden Querstrom dieses Mittels verursachte Verlustleistung um den an

2¹· den Widerständen R leistungslos abfallenden Netzspannungsanteil geringer wird. Ebenso kann es, je nach Art der an die Hilfsspannungsquelle angeschlossenen Schaltung, vorteilhaft sein, anstelle der rein ohmschen Widerstände solche Widerstände zu verwenden, die

;o eine stromabhängige Charakteristik aufweisen. Dadurch wird eine schnelle Aufladung des Kondensators C bei Einschaltung des Fehlerstrom-Schutzschalters erreicht, was für bestimmte Anwendungsfälle wichtig ist. Schließlich kann eine Kombination der drei Wider-

) > Standscharakteristiken für gewisse Eigenschaften der an die Hilfsspannung Uh angeschlossenen Schaltung für deren Funktion die optimalen Ergebnisse zeitigen. Schließlich besteht die Möglichkeit, die Widerstände R_x bis Rz durch entsprechende Kapazitäten darzustellen.

•10 Bei Anwendung dieser Hilfsspannungsversorgung in einem Fehlerstrom-Schutzschalter, dessen die Hilfsspannung benötigendes Element nur eine geringe elektrische Leistung erfordert, kann zur Schaltungsvereinfachung eine der Gleichrichterstrecken Gi und Gb

■li weggelassen werden. Für den zweipoligen Betrieb des Schalters über einen Außenleiter und den Mittelpunktsleiter steht dann, entgegen der bisher beschriebenen Vollwellengleichrichtung, nur eine Halbwellengleichrichterschaltung zur Verfügung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für eine aus der Netzspannung über Gleichrichterelemente abgeleitete Hilfsspannung für mehrpolige Fehlerstrom-Schutzschalter, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gleichrichterstrecken für jeden Leiter vorgesehen sind, die an die zugehörigen Strombahnen im Leitungszug des Schalters angeschlossen sind, und daß die Gleichrichterstrecken (G\ bis G») aller Leiter (R, S, T, Mp) eine Brückenschaltung bilden, an deren Verbindungspunkten die Hilfsspannung (Uh) abgreifbar ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungspunkten ein Kondensator (C) geschaltet ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Gleichrichtersirecken (G] bis Ge) der netzspannungsführenden Leiter Widerstände (R_x bis R₃) vorgeschaltet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R\ bis R₃) linar und/oder nichtlinear sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterstrecken (G\ bis Gs) und die Vorschaltwiderstände (R\ bis R3) in einer integrierten Schaltungseinheit zusammengefaßt sind.