DE3113292C2 - Residual current circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklungen in den zu schaltenden Leitern liegen und an dessen Sekundärwicklung die Erregerwicklung eines insbesondere als Auslöser dienenden Haltemagneten angeschlossen ist, weist erfindungsgemäß zwischen der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers und der Erregerwicklung des Haltemagneten einen Vollwellen gleich richter auf. Dadurch wird gegenüber den bekannten Anordnungen mit einem Schwingkreis zwischen der Sekundärwicklung und dem Haltemagneten der Einfluß der Polarität des im Primärkreis auftretenden Gleichfehlerstroms auch die Funktion des Haltemagneten ausgeschaltet und bei entsprechender Polung des Gleichrichters ein Ansprechen des Haltemagneten unter allen Betriebsumständen bei der ersten Fehlerstromhalbwelle gewährleistet. Damit erübrigt sich zugleich die Verwendung eines teuren Kondensators zur Schaffung eines besonderen Schwingkreises, und die Einregelung des Nenn- und Fehlerstroms wird wesentlich vereinfacht. Da die Schaltung auf einen fast ausschließlich Ohmschen Widerstandskreis beschränkt ist, hat der Auslöser praktisch keine Eisenverluste.A residual current circuit breaker with a summation current transformer, whose primary windings are in the conductors to be switched and to whose secondary winding the excitation winding of a holding magnet, in particular serving as a trigger, is connected, according to the invention, has a full-wave rectifier between the secondary winding of the summation current transformer and the excitation winding of the holding magnet. As a result, compared to the known arrangements with a resonant circuit between the secondary winding and the holding magnet, the influence of the polarity of the DC residual current occurring in the primary circuit and the function of the holding magnet is switched off and, with the correct polarity of the rectifier, the holding magnet will respond under all operating conditions with the first residual current half-wave. This also makes the use of an expensive capacitor to create a special resonant circuit superfluous, and the regulation of the nominal and fault current is significantly simplified. Since the circuit is limited to an almost exclusively ohmic resistance circuit, the trigger has practically no iron losses.
Description
Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter für die Auslösung bei Wechselfehler- und pulsierenden Gleichfehlerströmen, mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklungen in den zu schaltenden Leitern liegen, an dessen Sekundärwicklung die Erregerwicklung eines als Auslöser dienenden Haltemagneten angeschlossen ist und dessen Magnetkern einen induktionshub zwischen Sättigung und Remanenz von solcher Größe aufweist, daß durch einen pulsierenden Gleichfehlerstrom in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zum Betätigen des Auslösers ausreicht.The invention relates to a residual current circuit breaker for tripping in the event of alternating faults and pulsating DC residual currents, with a summation current transformer, whose primary windings are in the one to be switched There are conductors on whose secondary winding the excitation winding of a holding magnet serving as a trigger is connected and its magnetic core has an induction stroke between saturation and remanence of Has such a size that induced by a pulsating DC residual current in the secondary winding There is enough voltage to pull the trigger.
Fehlerstromschutzschalter müssen künftig so ausgebildet sein, daß sie nicht nur Wechselfehlerströme, sondern auch pulsierende Gleichfehlerströme erfassen. Nach den hierzu vorgesehenen Bestimmungen (DIN 664/VdE 0664) dürfen sie bei Wechselfehlerströmen bis zum 0,5fachen des Nenn-Fehlerstromes (Ijn) nicht auslösen. Bei pulsierenden Gleichfehlerströmen richtet sich der Stromwert, bis zu dem keine Auslösung erfolgen darf, nach der Größe des Steuerwinkels a. Dabei gelten folgende Werte:In the future, residual current circuit breakers must be designed in such a way that they detect not only AC residual currents, but also pulsating DC residual currents. According to the provisions provided for this (DIN 664 / VdE 0664), they must not trip in the event of AC residual currents up to 0.5 times the nominal residual current (Ij n ) . In the case of pulsating DC residual currents, the current value up to which no tripping may occur depends on the size of the control angle a. The following values apply:
Die Fl-Schutzschalter müssen auslösen, wenn bei einem Wechselfehlerstrom und bei einem pulsierenden Gleichfehlerstrom der l,4fache Wert des Nenn-Fehlerstromes überschritten wird. Ferner besteht die Forderung, daß beim Nenn-Fehlerstrom für Wechselstrom und beim l,4fachen Nenn-Fehlerstrom für pulsierenden Gleichstrom der Asschaltverzug 0,2 s nicht überschreiten darf.The residual current circuit breaker must trigger when one AC residual current and, in the case of a pulsating DC residual current, 1.4 times the value of the nominal residual current is exceeded. Furthermore, there is a requirement that the nominal fault current for alternating current and at 1.4 times the nominal fault current for pulsating direct current, the switching delay does not exceed 0.2 s allowed.
Die Erfassung von Gleichfehlerströmen mit den für Wechselstrom üblichen Mitteln war von je ht τ- wegenThe detection of direct residual currents with the means customary for alternating current was always due to ht τ-
ίο des auf den einen Teil der Hysteresiskurve des Magnetkerns im Summenstromwandler begrenzten Induktionshub problematisch. Es ist hierzu seit langem bekannt (DE-PS 7 16 585), durch Einschaltung eines Kondensators in den Sekundärkreis des Stromwandlers einen Schwingkreis zu schaffen, der auf die Frequenz des pulsierenden Verbrauchergleichstroms, d.h. bei Vollwellengleichrichtung auf die doppelte Netzfrequenz abgestimmt ist, und demzufolge bei Auftreten eines entsprechenden Gleichfehlerstroms durch Resonanz die nötige Stromstärke zur Schwächung des Haltemagneten liefert ίο the one part of the hysteresis curve of the magnetic core The induction stroke limited in the summation current transformer is problematic. It has been known for this for a long time (DE-PS 7 16 585), by connecting a capacitor in the secondary circuit of the current transformer To create an oscillating circuit that corresponds to the frequency of the pulsating consumer direct current, i.e. with full-wave rectification is matched to twice the network frequency, and consequently when a corresponding DC residual current supplies the necessary current strength to weaken the holding magnet through resonance
Desweiteren ist es bekannt (DE-AS 20 44 302), für den Magnetkern des Summenstromwandlers Werkstoffe zu verwenden, die einen Induktionshub zwischen Sättigung und Remanenz aufweisen, der so groß ist, daß zum Betätigen des Auslösemagneten eine Spannung ausreicht, die durch einen in einer Primärwicklung des Summenstromwandlers fließenden pulsierenden Gleichfehlerstroms in der Sekundärwicklung induziert wird.It is also known (DE-AS 20 44 302), materials for the magnetic core of the summation current transformer to use that have an induction swing between saturation and remanence that is so large that a voltage is sufficient to operate the release magnet, which is generated by a primary winding of the Summation current transformer induced pulsating DC residual current flowing in the secondary winding will.
Die Einhaltung der von den Normvorschriften geforderten Auslösewerte bei Gleichfehlerströmen bereitet dennoch Schwierigkeiten, da diese Werte ungeachtet der Polarität eingehalten werden müssen, mit welcher der Strom des an den Fehlerstromschutzschalter angeschlossenen Verbrauchers gleichgerichtet wird. Demgemäß verlangen auch die Normvorschriften eine Wiederholung der Prüfung der Schalter bei Gleichfehlerströmen mit umgekehrter Polarität Da die von Gleichfehlerströmen in der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers induzierten Spannungen einen asymmetrischen Wellenverlauf haben, wirkt sich die Richtung der Polarität unterschiedlich auf die Auslösung des Haltemagneten aus und führt zu Unterschieden in den Ansprechwerten, die, wie Messungen gezeigt haben, vor allem bei Steuerwinkeln von 0° und 135° el besonders groß sind. Die Einhaltung der vorgeschriebenen oberen und unteren Auslösegrenzwerte bei Gleichfehlerströmen ist deshalb nackwie vor mit erheblichen Schwierig-Compliance with the tripping values required by the standard regulations for DC residual currents prepares nevertheless difficulties, since these values must be adhered to regardless of the polarity with which the current of the consumer connected to the residual current circuit breaker is rectified. Accordingly The standard regulations also require a repetition of the test of the switches for DC residual currents with reversed polarity As that of DC residual currents in the secondary winding of the summation current transformer induced voltages have an asymmetrical waveform, the direction has an effect the polarity has different effects on the tripping of the holding magnet and leads to differences in the response values, which, as measurements have shown, especially at control angles of 0 ° and 135 ° el are great. Compliance with the prescribed upper and lower tripping limit values for DC residual currents is therefore naked as before with considerable difficulty
5C keiten verbunden.5C connected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu überwinden und eine Maßnahme bei einem Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art zu finden, durch welche die vorgeschriebenen Toleranzen unabhängig von der Polarität des über den Schalter fließenden Verbraucherstromes gehalten werden können.The invention is based on the object of overcoming these difficulties and a measure to find a residual current circuit breaker of the type mentioned, through which the prescribed Tolerances are maintained regardless of the polarity of the consumer current flowing through the switch can.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Erregerwicklung des Haltemagneten ein nur Gleichrichterdioden enthaltender VollwellengleiehFiehter angeordnet ist, der diese Wicklungen unmittelbar miteinander verbindetAccording to the invention this object is achieved in that between the excitation winding of the holding magnet a full-wave equalizer containing only rectifier diodes is arranged, which connects these windings directly to one another
Es leuchtet ein, daß mit Hilfe der Erfindung die unterschiedliche Polarität des Verbraucher-Gleichstroms und damit die unterschiedliche Polarität eines gegebenenfalls auftretenden pulsierenden Gleichfehlerstroms auf das Ansprechverhalten des Auslösers keinen Einfluß hat. Das Ergebnis ist ein praktisch identisches VerhaltenIt is clear that with the help of the invention, the different polarity of the consumer direct current and thus the different polarity of a possibly occurring pulsating direct fault current the response behavior of the release has no influence. The result is practically identical behavior
des Auslösers bei beiden Polaritäten, wobei sich geringfügige Abweichungen allenfalls durch geringe Unterschiede in den gleichrichtenden Komponenten des VoIlwellengleichrichters ergeben können. Gleichzeitig läßt sich sicherstellen, daß der Haltemagnet unabhängig von der Polarität des Fehlerstroms im Primärkreis stets ohne Verzögerung anspricht, was bei den bekannten Schaltungen mit abgestimmten Schwingkreis, jedoch ohne Gleichrichter nicht möglich ist: wenn dort die erste Stromhalbwelle in der Erregerwicklung des Haftemagneten dessen Polarisation unterstützt, spricht der Haltemagnet erst bei der zweiten Halbwelle mit unerwünschter Verzögerung an.of the release with both polarities, with minor deviations at best resulting from minor differences in the rectifying components of the full wave rectifier can result. At the same time it can be ensured that the holding magnet is independent of the polarity of the fault current in the primary circuit always responds without delay, which is the case with the known Circuits with a tuned resonant circuit, but without a rectifier is not possible: if there is the first Half-wave current in the field winding of the holding magnet supports its polarization, the holding magnet only speaks with undesired at the second half-wave Delay on.
Die Verwendung von VoUwellengleichrichtern in den Auslöserkreisen von Fehlerstromschutzschaltern ist zwar als solche nicht mehr neu.The use of volumetric wave rectifiers in the Trip circuits of residual current circuit breakers is no longer new as such.
So ist bereits vor längerer Zeit, als es noch keine Verbraueber mit Phasenanschnittsteuerungen gab und das Problem der Überwachung von Gleichfehlerströmen noch nicht bestand, vorgeschlagen worden (»Elektrotechnik und Maschinenbau«, 82. Jahrgang, Heft 4, Seite 155), einem von der Sekundärwicklung des Summenstromwandiers gespeisten Arbeitsstromauslöser einen Vollwellengleichrichter vorzuschalten, was offensichtlich dem Zweck diente, dessen Anzugskraft durch Ausschaltung des induktiven Widerstandes der Auslöserwicklung zu erhöhen und dadurch das einwandfreie Ansprechen des Auslösers unter den geforderten Bedingungen zu gewährleisten.This was the case a long time ago, when there were no consumers with phase angle controls and the problem of monitoring DC residual currents did not yet exist, has been proposed (»Elektrotechnik und Maschinenbau «, Volume 82, Issue 4, Page 155), one of the secondary winding of the summation current converter fed shunt trip to connect a full-wave rectifier upstream, which is obvious served the purpose, whose attraction force by switching off the inductive resistance of the trigger winding to increase and thereby the perfect response of the release under the required conditions to ensure.
Ferner war die Verwendung eines Vollwellengleichrichters auch bereits bei einem tyristorgesteuerten Auslöser eines Fehlerstromschutzschalters mit dem Ziel bekannt (DE-OS 15 63 825), ein Ansteuern des Tyristors in jeder Halbwelle des überwachten Wechselfehlerstromes zu erreichen.Furthermore, the use of a full-wave rectifier was also already possible with a thyristor-controlled release a residual current circuit breaker with the aim of known (DE-OS 15 63 825), a control of the thyristor in every half-wave of the monitored AC residual current.
Schließlich ist auch in jüngerer Zeit bei einem Fehlerstromschutzschalter zur Überwachung von Wechsel- und Gleichfehlerströmen bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 31 29 277), zur Einschaltung eines einem HaltemagnetauslösT vorgeschalteten spannungsabhängigen Schaltgliedes eine von der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers gespeiste Spannungsverdopplerschaltung zu verwenden, die im weiteren Sinne einen Vollwellengleichrichter darstellt, jedoch außer zwei Gleichrichterdioden noch zwei Kondensatoren aufweist und nur bei jtider zweiten Halbwelle einen Gleichstromimpuls von doppelter Eingangsspannung an den Auslöser gelangen läßt.Finally, it has also recently been the case with a residual current circuit breaker has already been proposed for monitoring AC and DC residual currents (DE-OS 31 29 277), for switching on a holding magnet release upstream voltage-dependent switching element one of the secondary winding of the summation current transformer to use fed voltage doubler circuit, which in the broader sense a Represents full wave rectifier, but has two capacitors in addition to two rectifier diodes and only in the case of the second half-wave a direct current pulse of twice the input voltage can reach the release.
Allen drei vorbekannten Anordnungen von VoUwellengleichrichtern liegen somit andere Voraussetzungen zugrunde, und es werden mit ihnen andere Wirkungen als mit der obigen Erfindung angestrebt und erreicht.All three previously known arrangements of voltage wave rectifiers are thus based on other presuppositions, and with them there will be other effects than sought and achieved with the above invention.
Die Erfindung hat eine Reihe Vorteile:The invention has a number of advantages:
— es besteht keine Ansprechwertdifferenz zwischen positiver negativer Gleichfehlerstromwelle,- there is no response value difference between positive negative DC residual current wave,
— von der Sekundärseite des Summenstromwandler aus gesehen ist ein fast ausschließlich Ohrn'scher Widerstandskreis vorhanden; der Ausiöser hat deshalb praktisch keine Eisenverluste,- from the secondary side of the summation current transformer From this point of view, there is an almost exclusively Ohrn resistance group; the trigger therefore has practically no iron losses,
= die Verwendung eines teuren Kondensators zur Schaffung eines Schwingkreises entfällt,= there is no need to use an expensive capacitor to create an oscillating circuit,
— der Haltemagnet spricht unter allen Umständen bereits bei der ersten Fehlerstrom-Halbwelle an,- the holding magnet responds under all circumstances with the first fault current half-wave,
— die Einregelung des Nenn- und Fehlerstroms wird wesentlich vereinfacht.- The regulation of the nominal and fault current is considerably simplified.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Vollwellengieichrichter ein Meßgleichrichter in Brückenschaltung, während in einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Sekundärwicklung eine mit der Eingangsklemme des Auslösers verbundene Mittelklemme aufweist und der Gleichrichter aus zwei in gleicher Polarität mit ihren einen Anschlüssen an die andere Eingangsklemne des Auslösers angeschlossenen Einzelgleichrichtern besteht, deren andere Anschlüsse mit den Enden der SekundärwicklungIn a first advantageous embodiment of the invention the full wave rectifier is a measuring rectifier in a bridge circuit, while in another advantageous Embodiment of the invention, the secondary winding one with the input terminal of the trigger Has connected middle terminal and the rectifier of two in the same polarity with their one terminals there are individual rectifiers connected to the other input terminals of the release, the other Connections to the ends of the secondary winding
ίο verbunden sind.ίο are connected.
Zwei diesbezügliche Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.Two relevant exemplary embodiments of the invention will be described in greater detail below with reference to the drawing explained.
Mit 1, 2, 3 und N sind die drei Phasenleiter und der
Nulleiter eines Fehlerstromschutzschalters bezeichnet, dessen bewegliche Schaltkontakte 4 gemeinsam über
ein Schaltschloß 5 betätigbar sind, das von einem elektromagnetischen Auslöser 6 entriegelbar ist. Der Auslöser
6 enthält ein polarisiertes Relais mit einem (nicht gezeigten) Haltemagneten, der in bekannter Weise eine
Erregerwicklung 7, 8 zur Schwächu;^· des die Haltekraft
bewirkenden magnetischen Feldes trägt, deren Eingangsklemmen mit 7 und 8 bezeichnet sind.
Die Leiter 1, 2,3 und N sind durch den ringförmigen Magnetkern 9 eines Summenstromwandler 10 hindurchgefi/hrt,
der gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 auf dem Magnetkern 9 eine durchgehende Sekundärwicklung
11 trägt Die Enden der Sekundärwicklung 11 sind an die Eingangsklemmen 12,13 eines VoII-Wellengleichrichters
14 angeschlossen, dessen Ausgangsklemmen 15,16 mit den Eingangsklemmen 7 bzw.
8 der Wicklung des Haltemagneten verbunden sind.1, 2, 3 and N denote the three phase conductors and the neutral conductor of a residual current circuit breaker, the movable switching contacts 4 of which can be operated jointly via a switch lock 5 which can be unlocked by an electromagnetic release 6. The release 6 contains a polarized relay with a (not shown) holding magnet, which carries an excitation winding 7, 8 in a known manner for weakening the magnetic field causing the holding force, the input terminals of which are denoted by 7 and 8.
The conductors 1, 2, 3 and N are guided through the ring-shaped magnetic core 9 of a summation current transformer 10, which according to the embodiment according to FIG. 1 carries a continuous secondary winding 11 on the magnet core 9 The ends of the secondary winding 11 are connected to the input terminals 12, 13 of a full wave rectifier 14, the output terminals 15, 16 of which are connected to the input terminals 7 and 8 of the winding of the holding magnet.
Solange der an den Fehlerstromschutzschalter angeschlossene (nicht gezeigte) Verbraucher einwandfrei arbeitet, ist die Durchflutung des Magnetkerns 9 Null und es wird in der Sekundärwicklung 11 keine Spannung erzeugt. Sobald jedoch im Verbraucher ein Erd- oder Massenschluß auftritt, wird das Durchflutungsgleichgewicht im Summenstromwandler gestört, und es wL-d in der Sekundärwicklung 11 eine Spannung induziert, die einen Stromfluß im Auslöserkreis zwischen der Sekundärwicklung 11 und dem elektromagnetischen Auslöser zur Folge hat. Dieser Strom wird im Gleichrichter 14 gleichgerichtet und führt bei entsprechender Polarität der Ausgangsklemmen 15, 16 des Gleichrichters 14 zu einer Schwächung der Haltekraft des Haltemagneten, die beim Erreichen eines bestimmten Wertes zum Ansprechen des elektromagnetischen Auslösers 6 und damit zum Entsperren des Schaltschlosses 5 führt.As long as the consumer (not shown) connected to the residual current circuit breaker is working properly, the flow through the magnetic core 9 is zero and there is no voltage in the secondary winding 11 generated. However, as soon as an earth or ground fault occurs in the consumer, the flow equilibrium is reached disturbed in the summation current transformer, and it wL-d induces a voltage in the secondary winding 11, which a current flow in the trigger circuit between the secondary winding 11 and the electromagnetic release has the consequence. This current is rectified in the rectifier 14 and leads with the appropriate polarity of the output terminals 15, 16 of the rectifier 14 to a weakening of the holding force of the holding magnet, when a certain value is reached for the response of the electromagnetic release 6 and thus to unlock the key switch 5.
so Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Vollwellengleichrichter 14 erfolgt in jedem Fall eine Schwächung der Haltekraft des Haltemagneten im Auslöser 6. gleichgültig ob der Fehlerctrom ein Wechselfehlerstrom oder ei.i Gleichfehlerstrom ist, und gleichgültig, wie im letzteren Fall der dem Verbraucher vorgeschaltete Gleichrichter gepolt ist.Thus, the full-wave rectifier 14 provided according to the invention results in a weakening in any case the holding force of the holding magnet in the release 6. regardless of whether the fault current is an AC fault current or ei.i is DC residual current, and no matter how im in the latter case the rectifier upstream of the consumer is polarized.
Das Ansprechverhalten des elektromagnetischen Auslösers bleibt deshalb von dieser Polarität praktisch unbeeinflußt.The response behavior of the electromagnetic release therefore remains practical with this polarity unaffected.
Die Ausbildung des Vollwellengleichrichters kann an sich beliebig sein, besonders zweckmäßig ist jedoch die Ausbildung als Meßgleichrichter in Brückenschjltung unter Verwendung von Halbleiterdioden.The design of the full-wave rectifier can in principle be of any desired type, but is particularly expedient Training as a measuring rectifier in bridge circuit using semiconductor diodes.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 hat die Sekundärwicklung W eine mit der Eingangsklemme 7 des Auslösers 6 verbundene Mittelklemme, und der Gleichrichter 14' besteht aus zwei in gleicher Polarität mit ihren einen Anschlüssen an die andere EingangsklemmeIn the embodiment according to FIG. 2, the secondary winding W has a middle terminal connected to the input terminal 7 of the release 6, and the rectifier 14 'consists of two of the same polarity with one of their connections to the other input terminal
8 des Auslösers angeschlossenen F.inzclgleichrichtern, deren andere Anschlüsse mit den Enden der Sekundärwicklung 11' verbunden sind.8 single rectifiers connected to the release, the other connections to the ends of the secondary winding 11 'are connected.
Auch in diesem Fall ist es j'.weckmäßig, für die beiden Einzelgleichrichter Halbleiterdioden zu verwenden.In this case, too, it is wake-up for both of them Use single rectifier semiconductor diodes.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
IOIO
2020th
2525th
3535
4040
4545
5050
5555
6060
6565
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