DE2745464B1 - Fehlerstrom-Schutzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstrom-Schutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches.

Ein derartiger Fehlerstrom-Schutzschalter ist aus der Siemens-Zeitschrift 42 (1968) Heft 6, S. 492-494 bekannt Dieser Fehlerstrom-Schutzschalter besitzt eine Auslöseverzögerung und kann vor allem in verzweigten Anlagen eingesetzt werden, in denen sowohl die Hauptverteilung als auch die Unterverteilung und die dazwischen liegenden Anlagenteile in die Fehlerstrom-Schutzschaltung einbezogen werden sollen. Bei einer derartigen Einsatzmöglichkeit wird in der Unterverteilung ein Fehlerstrom-Schutzschalter der herkömmlichen Art und in der Hauptverteilung der zuvor geschilderte Fehlerstrom-Schutzschalter mit der Auslöseverzögerung verwendet Tritt nun ein Isolationsfehler hinter der Unterverteilung auf, so schaltet nur der in diesem Bereich befindliche Fehlerstrom-Schutzschalter ab, während der in der Hauptverteilung übergeordnete Fehlerstrom-Schutzschalter aufgrund seiner Auslöseverzögerung eingeschaltet bleibt Damit ist sichergestellt, daß bei einem Isolationsfehler nur ein Zweig der Anlage außer Betrieb genommen wird. Die Auslöseverzögerung wird durch ein fiC-Glied erreicht, das an den Ausgangsklemmen einer Gleichrichterbrückenschaltung im Sekundärkreis des Summenstromwandler angeschlossen ist Derartige Zeitverzögerungsschaltungen mit ÄC-Gliedern sind seit langem in den vielfältigsten Arten eingesetzt Nun weisen Zeitverzögerungsschaltungen mit reinen ÄC-Gliedern einen nicht unerheblichen Streubereich auf, was bei einem Fehlerstrom-Schutzschalter, der eine derartige Schaltung aufweist eine gewisse Ungenauigkeit im Ansprechen für einen nachgeschalteten Auslöser bedeutet

Bei der Auslegung einer Verzögerungsschaltung für einen Fehlerstrom-Schutzschalter sind jedoch einige Gegebenheiten zu beachten. Die normalen Fehlerstrom-Schutzschalter haben Ansprechgeschwindigkeiten von maximal etwa 40 ms. Die Verzögerungszeit muß also mindestens 40 ms lang sein. — Die für die Herstellung und Anwendung von Fehlerstrom-Schutzschaltern geltenden Vorschriften verlangen, daß die Abschaltung des gefährdeten Stromkreises in max. 0,2 s erfolgt sein muß. Hieraus ergibt sich eine für die Erfordernisse der Selektivität sowie der Beachtung der

ίο Vorschriften brauchbare Verzögerungszeitspanne des ersten Schalters etwa um 80 ms bis 120 ms. Diese geringe Toleranzbreite ist durch Zeitverzögerungsschaltungen mit ÄC-Gliedern bei den möglichen Fehlerstromgrößen im Bereich von Milliampere bis zu mehr als 1000 Ampere nicht einhaltbar.

Außerdem besteht bei dem Fehlerstrom-Schutzschalter der zuvor geschilderten Art das Problem, daß der Summenstromwandler aus einem Material mit hoher Anfangspermeabilität besteht Die Auslegung des Summenstromwandler ist so erfolgt daß er bei Nenndurchflutung nur wenig unterhalb der Sättigung arbeitet Damit bleibt in der Sekundärwicklung das Spannungs-Zeit-Integral beim Übersteigen des Auslösestromes annähernd konstant Diese Konstanz bezieht sich jedoch auf den Leistungsinhalt des Spannungs-Zeit-Integrals und nicht auf den Strom. Da der Arbeitspunkt des Summenstromwandlers nur wenig unterhalb der Sättigung liegt, darf sich der Auslöser nie zu höheren Ansprechwerten hin verändern, da sonst seine Funktion nicht mehr gewährleistet ist

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Fehlerstrom-Schutzschalter der eingangs geschilderten Art derart weiterzuentwickeln, daß die Verzögerungsschaltung mit einem konstanten Strom versorgt wird, der unabhängig von der Kennlinie des Summenstromwandlers ist und somit den Streubereich für das exakte Ansprechen des nachgeschalteten Auslösers entscheidend verkleinert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebenen schaltungstechnischen Maßnahmen gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Verzögerungsschaltung für den Fehlerstrom-Schutzschalter als elektronisches Schaltglied ausgelegt ist dessen Hauptbestandteil ein aus einem Transistor und einer Zenerdiode bestehender Konstantstromreglerkreis ist Dieser Kreis liefert einen begrenzten und konstanten Strom, der eine zeitlich konstante Aufladung des Verzögerungskondensators bewirkt Darüber hinaus besitzt der Konstantstromreglerkreis eine Einstellmöglichkeit, um die Verhältnisse in diesem Kreis optimal gestalten zu könnea

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt die Figur einen Stromlaufplan einer Verzögerungsschaltung für einen Fehlerstrom-Schutzschalter.

Die Beschreibung des Stromlaufplanes läßt sich am zweckmäßigsten anhand der Wirkungsweise der Schaltung erläutern: Die an der Sekundärwicklung 1 des Summenstromwandlers vom Fehlerstrom abhängige und damit stark unterschiedliche Sekundärspannung gelangt über ein Dämpfungsglied 2 an ein aus einer oder mehreren Dioden bestehendes Gleichrichterglied 3. Im Zusammenwirken mit dem Wandlerinnenwiderstand, der Kennlinie der Gleichrichterdiode(n) und einem Ladekondensator 4 hat das Dämpfungsglied 2 bereits eine gewisse Stabilisierung der am Ladekondensator 4

entstehenden welligen Gleichspannung zur Folge. Außerdem schützt er die Diode(n) vor zu großer Belastung bei sehr hohen Fehlerströmen und damit sehr hoher Sekundärspannung des Summenstromwandlers. An dem Ladekondensator 4 ist eine Anordnung, bestehend aus einer Zenerdiode 5 und einem Transistor 6 angeschlossen, die durch Stabilisierung der Basis-Emitterspannung des Transistors für einen annähernd konstanten Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 6 sorgt Ober diese Strecke wird nun ein Verzögerungskondensator 7 aufgeladen. Der konstante Strom im Verzögerungskondensator bewirkt eine zeitlich konstante Aufladung dieses Kondensators, wodurch die Aufladung bis zu einer bestimmten Höhe der Ladespannung, zeitlich unabhängig von der Höhe der Sekundärspannung des Summenstromwandlers erfolgt Von der Ladespannung des Verzögerungskondensators wird eine Auslöseschaltung 8 eines Schaltschlosses 13 gesteuert das bei der genannten bestimmten Höhe der Ladespannung anspricht und über das Schaltschloß die Schaltstücke öffnet. Ein Widerstand 9 dient zur Speisung der Basis und der Zenerdiode S. Hierdurch wird in bekannter Weise die konstante Zenerspannung erzeugt. Ein Kondensator 10 glättet diese Spannung, so daß eine unerwünschte Verstärkung der Welligkeit durch den Transistor 6 nicht erfolgt Ein Widerstand 11 im Emitterkreis des Transistors 6 wirkt als einstellbarer Arbeitswiderstand in Reihe mit dem

ίο Verzögerungskondensator 7. An diesem Widerstand fällt beim Ladevorgang eine bestimmte Spannung ab, die mit der Zenerspannung an der Basis verglichen wird und dadurch die Stromkonstanz erzwingt Durch die Einstellbarkeit dieses Widerstandes können Exemplar-Streuungen von Transistor und Zenerdiode ausgeglichen und der Stabilisierungsfaktor eingestellt werden. Ein Widerstand 12 begrenzt den Basisstrom auf einen für den Transistor zulässigen Wert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Summenstromwandler, einem Auslöser, einem Schaltschloß mit Schaltstücken, mit einer der Sekundärwicklung des Summenstromwandler über ein Dämpfungsglied verbundenen Gleichrichterbrückenschaltung, an deren Ausgangsklemmen ein Ladekondensator angeschaltet ist, und mit einem dem Auslöser parallel geschalteten Verzögerungskondensator, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer Zenerdiode (5) und einem Transistor (6) bestehender Konstantstromreglerkreis vorgesehen ist, bei dem in die Basis-Emitter-Strecke des Transistors (6) ein einstellbarer Widerstand (11) zwischen der Zenerdiode (5) und dem Emitter geschaltet ist, daß an den Kollektor des Transistors (6) der Verzögerungskondensator (7) angeschlossen ist, dessen anderes Ende sowohl mit dem Ladekondensator (4) als auch mit einem Widerstand (9) verbunden ist, dessen anderes Ende an einem Kondensator (10) liegt und eine Parallelschaltung zum Ladekondensator (4) bildet, daß die Zenerdiode (5) und der Kondensator (10) parallel geschaltet sind und daß ein Widerstand (12) an der Basis des Transistors (6) angeschlossen ist, dessen freies Ende einen gemeinsamen Verbindungspunkt mit den Bauteilen Kondensator (10), Zenerdiode (5) und Widerstand (9) bildet