DE2856316B2

DE2856316B2 - Elektronisches Auslösesystem für Schutzschalter, insbesondere für Fehlerstrom-Schutzschalter

Info

Publication number: DE2856316B2
Application number: DE2856316A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Derheld; Horst Zielasko
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1981-01-15
Also published as: FR2445603B1; DK148028C; DE2856316A1; AT381417B; GB2037509B; GB2037509A; IT1123197B; BE878401A; IT7925774A0; CH653490A5; FR2445603A1; ES484503A0; DK550279A; DK148028B; ATA531979A; ES8102427A1; DE2856316C3

Description

2. Elektronisches Auslösesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Plusleitung des Auslösesystems und einem der Widerstände (13) des Spannungsteilers (13,14) eine Diode (15) in Durchlaßrichtung geschaltet ist

3. Elektronisches Auslösesystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente-der Gleichrichter- und Spannungsvervielfacher-Schaltung mit den Bauteilen des Impulsgebers auf einer gemeinsamen Platine (24) angeordnet sind.

4. Elektronisches Auslösesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (24) und der Auslöser (17) in einem gemeinsamen Gehäuse (25) untergebracht sind.

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Auslösesystem für Schutzschalter, insbesondere für Fehlerstromschutzschalter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zweck der Auslöseeinrichtung in elektronischen Schutzschaltern ist es, in bestimmten Fällen eine Stromkreisunterbrechung herbeizuführen. Fehlerstrom-Schutzschalter sprechen bekanntlich dann an, wenn der Summenstromwandler des Fehlerstrom-Schutzschalters im Fehlerstromfall durch einen Differenzstrom erregt wird, der einen Auslöser für ein Schaltschloß betätigt, dessen Kontakte dann den betreffenden Stromkreis öffnen. Im einfachsten Fall ist der Summenstromwandler über seine Sekundärwicklung direkt mit dem Auslöser verbunden. Bei kleinen Fehlerströmen ist die vom Wandler gelieferte Energie meistens jedoch nicht ausreichend, so daß zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind, wie z. B. Erhöhung der Empfindlichkeit bei den Auslösern. Letzten Endes sind derartige Auslöser wiederum sehr störanfällig. Um die Ansprechempfindlichkeit einer Auslöseeinrichtung zu steigern, muß man daher die erforderliche Auslöseenergie erhöhen. Dies kann einmal dadurch geschehen, daß durch Vergrößerung oder Verbesserung des magnetischen Materials für den Wandlerkern die bei kleinen Fehlerströmen an den Auslöser gelieferte Energie vergrößert wird. Hier sind aber bereits durch die Bauform der Schalter sowie durch physikalische Parameter der Materialien die Grenzen erreicht. Andererseits gibt es auch Systeme, bei denen die geringe vom Wandler gelieferte Energie einen Verstärker bzw. ein verstärkendes Relais steuert, wodurch, jedoch abhängig von einer fremden Energiequelle (Netzspannung), der Auslöser dann mit ausreichender

Energie betätigt werden kann.

Zweckmäßiger ist daher der Weg, die vom Wandler in einer bestimmten Zeit gelieferte Energie zunächst in einem Kondensator zu speichern. Eine Auslöseeinrichtung für elektrische Schutzschalter, vorzugsweise für Fehlerstrom-, Fehierspannungs- oder Stations-Schutzschalter, die sich dieses Energiespeicherprinzip zunutze macht, ist bereits bekannt (DE-AS 10 57 683). Als spannungsabhängiges Schaltorgan ist ein Kaltkatho-(ienrelais bzw. eine Glimmlampe vorgesehen. Zwar benötigen die bisher bekannten Auslöser zum Ansprechen sehr hohe, aber nur sehr kurze Impulse. Spannungsabhängige Schaltorgane der zuvor beschriebenen Art haben für diesen Anwandungsfall jedoch einen sehr geringen Wirkungsgrad. So ist beispielsweise bei einer Glimmlampe eine Spannung vor 61 Volt erforderlich, um für den Auslöser die erforderliche Spannung von 1 Volt zu erhalten,

Eine Vorrichtung zum Schutz gegen die Fehlerströme elektrischer Einrichtungen, die als spannungsabhängi ges Schaltorgan eine Schwellendiode verwendet, ist bereits bekannt (DE-OS 17 88 159). Da derartige Schwellendioden jedoch auch eine ähnlich hohe Steuerspannung wie die vorher beschriebenen Glimm-

lampen benötigen, wurde hierbei der Vorschlag gemacht, durch eine zusätzliche Wicklung des Summenstromwandler bzw. durch Zuhilfenahme der an einer Primärwicklung des Wandlers abfallenden Netzspannung die benötigte Steuerspannung genügend groß zu halten. Allerdings muß hierbei die Sekundärspannung des Wandlers hoch sein.

Ein elektronisches Auslösesystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bereits aus der OE-OS 22 16 001 bekannt Bei diesem Auslösesystem handelt es sich um eine Erdschlußvorrichlung des energieunabhängigen Typs mit polarisierten Auslösern, die unmittelbar von sinem Kernumformer oder Toroid betätigt werden. Die Erdschlußvorrichtung besitzt eine Gleichrichterschaltung, die aus einer normalen Zweiweggleichrichtung mit zwei Dioden und einer Einweggleichrichtung mit einer Diode besteht Die Spannungsvervielfacher-Schaltung ist jedoch eine Schaltung, die sich auf eine einfache Spannungsverdopplung beschränkt Hierbei wird die Spannung an einem Kondensator einfach zur Spannung an einem zweiten Kondensator addiert Diese beides Kondensatoren stehen in einer besonderen Wechselbeziehung und sind in hohem Ma ^e von der Ladespannung abhängig. Hierbei ist es wichtig zu verhindern, daß der erste Kondensator auf ein Potential aufgeladen wird, das höher liegt als das, für das die Schaltung ausgelegt wurde. Beim Eintreten einer derartigen Situation könnte der aus zwei Transistoren bestehende Auslöse- oder Schaltkreis betätigt werden, bevor der zweite Kondensator das gewünschte Potential erreicht hat Hierbei ist somit zu beachten, daß bezüglich der Dioden für das Aufladen der beiden Kondensatoren eine genaue Dimensionierung erfolgen muß. Was nun den Impulsgeber dieser Erdschlußvorrichtung betrifft, so besteht dieser aus einem zweistufigen Schalter, wozu zwei Transistoren zu einer Kippschaltung verwendet werden. Ferner arbeitet die Schaltung der Erdschlußvorrichtung mit einem Wandler, dessen Wicklung im Sekundärkreis mit einer Mittenanzapfung versehen ist, die unmittelbar mit dem zweiten Kondensator und der Auslösespule verbunden ist — Das wesentliche der Schaltung der Erdschlußvorrichtung ist die Erzeugung von zwei verschiedenen Spannungen, die zur Ladung der beiden Kondensatoren dienen und die Abhängigkeit von Dioden, die für das Aufladen der Kondensatoren verantwortlich sind, wobei die Einschränkungen zu brachten sind, auf die bereits hingewiesen wurde. Der Schalter wiederum ist eine spannungsabhängig schaltende Vorrichtung, die aus zwei Bauteilen besteht

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Auslösesystem der eingangs geschilderten Art mit dem Ziel weiterzuentwickeln, die in einem Kondensator gespeicherte Energie in einen kurzen, aber starken Auslöseimpuls umzuwandeln, und schlagartig auf die Spulenwiciclung des Auslösers zu übertragen, dessen mechanischer Aufbau auf diesen Auslöseimpuls abgestimmt ist Hierbei soll der hierfür vorgesehene Schalter bereits bei sehr kleiner Sekundärspannung des Wandlers schaltfähig werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen schaltungstechnischen Maßnahmen gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß das elektronische Auslösesystem aus nur wenigen Schaltungselementen besteht, die in einer besonders gedrungen Bauweise raumsparend angeord net werden können. Die Arbeitsweise des Schalters bei sehr kleiner Sekundärspannung des Wandlers bedeutet einen sehr guten Wirkungsgrad und macht ihn triggerbar, um eine sichere Anspruchschwelle zu erreichen. Wegen des guten Wirkungsgrades dieser

j Anordnung kann die vom Wandler gelieferte Energie sehr viel kleiner sein als bei den vorerwähnten Systemen, was bedeutet, daß die Schaltervolumina verkleinert oder der zum Ansprechen führende FehJerstrom verringert werden kann, was beides einer

ίο verbesserten Anwendungsweise und gesteigerter Schutzwirkung gegen elektrische Unfälle zugute kommt Außerdem ist eine Hilfsenergiequelle zum Betrieb nicht erforderlich.

Die für die Speicherung der vom Wandler gelieferten Wechselstromenergie verwendete Gleichrichterschaltung ist so konzipiert, daß die Aufladung des Kondensators aus jeder Stromhalbwelle erfolgt Das bedeutet daß ein nach solchen Gesichtspunkten gebautes elektronisches Auslösesystem, eingebaut in einen Fehlerstromschutzschalter, diesen Schalter befähigt nichc nur bei reinem Wechselstrom, sondern auch bei Halbwellenstrom, welligem Gleichstrom oder starken Gleichstromimpulsen beliebiger Stromrichtung ansprechen zu können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Es ist zweckmäßig, in dem Leitungszug des Spannungsteilers eine Diode vorzusehen, die der Temperaturkompensation dient (Anspruch 2). Die Ansprüche 3 und 4 geben die vorteilhafte Anordnung der einzelnen Bauelemente auf einer Platine wieder, die mit dem Auslöser in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Schaltungsanordnung eines elektronischen Auslösesystems,
F i g. 2 einen Auslöser mit integrierter Schaltungseinheit, in Vorderansicht,
F i g. 3 in Draufsicht

Nach F i g. 1 ist ein einphasiges Netz mit seinem Pnasenleiter R und dem Nulleiter N an Primärwicklungen 1 und 2 eines Summenstromwandler angeschlossen. Eine Sekundärwicklung 3 stellt eine Verbindung zu einer Schaltungskombination dar, die aus Dioden 4, 5, 6 und 7 sowie aus Kondensatoren 8,9 und 10 besteht Im Fehlerstromfall entsteht in der Sekundärwicklung 3 eine Wechselspannung, die in der Schaltungskombination gleichgerichtet und erhöht wird. Die entstehende Energie wird innerhalb einer bestimmten Zeit in einem Kondensator 11 gespeichert Ein Impulshalbleiter 12, der als programmierbarer Unijunction-Transistor eingesetzt ist, hat die Aufgabe, in Verbindung mit einem aus Hen Widerständen 13 und 14 gebildeten Spannungsteiler den erforderlichen Triggerimpuls zu erzeugen. Hierbei kann eine Diode *5 zur Temperaturkomptjisierung in den Leitungszug des Spannungsteilers eingeschaltet werden. Die Kathode des Impulshalbleiters ist mit der Steuerelektrode eines steuerbaren Halbleiters 16 verbunden. Als steuerbarer Halbleiter kann z. B. ein Thyristor eingesetzt werden, Sobald der steuerbare Halbleiter durchgeschaltet ist, wird die im Kof.densator 11 gespeicherte Energie schlagartig als starker Auslcseimpuls auf die Spulenwicklung des Auslösers 17 übertragen, wodu^rch der Auslöser anspricht. Das Ansprechen des Auslösers bewirkt über ein Schaltschloß und weitere Schaltmittel die Abschaltung der

gefährdeten Anlage vom Netz.

Das komplette elektronische Auslösesystem setzt sich nach den Fig.2 und 3 im wesentlichen aus einem Magnetkreis, bestehend aus einem Joch 18 mit den Schenkeln 19 und 20 und einem Anker 21, aus einer um den Schenkel 19 angeordneten .Spulenwicklung 22, aus einem Permanentmagneten 23 am wickiungsfreien Teil des Jochs 18 und aus einer Platine 24, auf der die Bauelemente des elektronischen Schalters angeordnet sind, zusammen. Das gesamte elektronische Auslösesystem wird in einem gemeinsamen Gehäuse 25 gekapselt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Elektronisches Auslösesystem für Schutzschalter, insbesondere für Fehlerstrom-Schutzschalter, mit einem eine Störgröße erfassenden Stromwandler, dessen Sekundärwicklung eine kombinierte Gleichrichter- und Spannungsvervielfacher-Schaltung speist, die mit einer nachgeschalteten Energiespeichereinrichtung mit einem Ladekondensator ι ο und mit einem über einen Spannungsteiler angesteuerten Impulsgeber verbunden ist, welcher Impulsgeber nach hinreichendem Aufladen des Ladekondensators ein in Reihe mit der Spulenwicklung eines Auslösers des Schutzschalters liegendes spannungsabhängiges Schaltorgan zwecks Entladung des Ladekondensators über die Spulenwicklung ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß

20

a) die Gleichrichter- und Spannungsvervielfacher-Schdhwng besteht aus einer Reihenschaltung von wenigstens drei Dioden (4, 5, 6) in der Plusleitung des Auslösesystems in Durchlaßrichtung hintereinander und einer Diode (7) zwischen der Anode der ersten Diode (4) der Reihenschaltung und der Minusleitung des Auslösesystems in Sperrichtung, daß zu den beiden ersten Dioden (4,5) der Reihenschaltung ein Kondensator (8) parallel angeordnet ist, daß der Verbindungspunkt der beiden ersten Dioden (4. 5) und die Minusleitung über einen zweiten Kondensator (9) verbunden sind, daß ein dritter Kondensator«^) in der Minusleitung zwischen den Ansüilftssen der in Sperrichtung geschalteten Diode (7) und dem zweiten Kondensator (9) angeschlossen ist, daß die Kathode der dritten Diode (6) und der Verbindungspunkt der Anode der Diode (7) mit dem Kondensator (10) jeweils mit den Anschlüssen des Ladekondensators (Ii) verbunden sind,

b) daß parallel zum Ladekondensator (11) der Spannungsteiler (13,14) angeordnet ist, dessen Mittelpunkt mit der Steuerelektrode eines als Impulsgeber verwendeten Unijunction-Transistors verbunden ist, dessen Anode mit der Plusleitung des Auslösesystems und dessen Kathode mit der Steuerelektrode eines als steuerbarer Halbleiter (16) ausgebildeten spannungsabhängigen Schaltorgans verbunden ist