DE3129277A1

DE3129277A1 - Fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: DE3129277A1
Application number: DE19813129277
Authority: DE
Inventors: Gottfried Prof. Dr. Wien Biegelmeier
Original assignee: Individual
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1980-08-21
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1982-06-24
Also published as: GB2082408B; CH655411B; ATA426180A; ES503752A0; ES8204223A1; FR2489038B1; SE447684B; GB2082408A; BE890026A; IT1143408B; IT8149106A0; NL8102641A; SE8104979L; FR2489038A1; DE3129277C2

Description

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PEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER

Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter geirv'iß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die für die Konstruktion von Fehlerstromschutzschaltern möglichen drei Grundschaltunpen wurden schon vor zwanzig Jahren angegeben (Biegelmeier, G.: Moderner Fehlerstromschutz. E.u.M, 75.Jg. (1958) H.8, S.157 bis 164; Kemmer, A.: Die Ansprechempfindlichkeit beim Fehlerstromschutzschalter. ETZ-B, 13» Jg. (1961), H. 26, S.689 bis 691). Die damals empfohlenen ^f-^ßälter mit Impuls- oder Energiespeicherauslösung, eine richtungsweisende Erfindung (AT-PS 197 468), wurden in großen Stückzahlen in Österreich eingebaut und haben sich als zuverlässig erwiesen. Sie wurden auch im Ausland patentiert und angewendet (FR-PS 1 202 203, GB-PS .841 l8l). Als Schaltorgan in der Energiespeicherschaltung wurde seinerzeit eine Glimmlampe verwendet, wodurch diese Lösung kostspielig war (hohe Sekundärwindungszahl beim Summenstromwandler) und zuviel Raum in Anspruch nahm. Obwohl die Schalter in bezug auf Zuverlässigkeit und Kennlinienverlauf Vorteile hatten, weil die Auslössenergie wesentlich höher war als bei den direkten Schaltungen ohne elektrische Energiespeicherschaltung, führte der Wettbewerb mit dem Trend zu immer kleineren Preisen und Abmessungen der Fehlerstromschutzschalter dazu, daß die Impulsauslösung nurmehr für Spezialschalter angewendet wurde (zum Beispiel Nullungsschutzschalter). Hierbei wurden damals auch sachlich nicht gerechtfertigte Argumente eingesetzt, wie zum Beispiel die Forderung nach extrem kurzen Abschaltzeiten, die naturgemäß bei Speicherschaltungen zu Schwierigkeiten führt. Heute weiß man auf Grund der Ergebnisse der modernen Elektropathologie, daß für den Schutz gegen direktes und beim indirekten Berühren die Abschaltzeit der Schutzschalter, solange sie kleiner ist als 0,2 s, keine besondere Bedeutung hat. Zu kurze Abschaltzeiten und unnötig hohe Auslöseempfindlichkeiten führen nur zu Fehlauslösungen durch an sich zulässige Ableitströme oder beim Schalten von Kabeln und beim Auftreten

atmosphärischer Überspannungen. Besonders bei Freileitungsnetzen sind dadurch wirtschaftliche Schaden entstanden (Tiefkühltruhen).

Wesentlich wichtiger ist die Punktionssicherheit der Schutz- ' schalter, und hier hat die geschilderte Entwicklung zu ungünstigen Ergebnissen geführt. Es wurden immer empfindlichere Auslöser entwickelt, bei denen Fertigungsprobleme und Umwelteinflüsse kaum mehr beherrscht werden können. Heute zeigt sich bei der überprüfung entsprechender Anlagen, daß einige Prozent der eingebauten Fehlerstromschutzschalter nicht funktionsfähig sind.

Eine Lösung dieses ernsten Problems bringt einerseits die Einführung der Nullung, die zusammen mit Fehlerstromschutzschaltern eine äußerst hochwertige und zuverlässige Schutzmaßnahme in Form der sogenannten Nullungsschutzschaltung ermöglicht, andererseits in Netzen, in denen die Nullung nicht zugelassen ist, die Serienschaltung von zwei Fehlerstromschutzschaltern. Naturgemäß soll dabei der nachgeschaltete Schalter selektiv schalten, das heißt, daß bei einen Fehler nur die durch ihn geschützte Installation abgeschaltet wird und der vorgeschaltete Schutzschalter, der in der Verteilung mehrere Anlagenteile schützt, eingeschaltet bleibt. Diese Forderung kann in einfacher V/eise durch die Energiespeicherschaltung erfüllt werden. Diese Schaltung vermeidet auch die erwähnten Fehlauslösungen bei atmosphärischen Überspannungen, sie ermöglicht sogar den Einbau von Überspannungsableitern nach den Fl-Schutzschaltern. Beim Ansprechen der überspannungsableiter fließt bekanntlich kurzzeitig (unter 10 ms) vom Netz zur Erde ein Strom, durch den FI-Sch-utzschalter mit direkter Auslösung, also ohne elektrische Energiespeicherschaltung, zum Abschalten gebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der unkritisch in der Herstellung und besonders funktionssicher ist.

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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentliches Merkmal ist hierbei der Einsatz eines Summenstromwandlers mit einem Kern aus einem Hochpermeablem Magnetwerkstoff mit großem Unterschied zwischen Remanenz und Sättigungsinduktion, denn dieses Material ermöglicht ein Funktionieren des PI-Schutzschalters auch bei Fehlerströmen in Form von pulsierenden Gleichströmen, wenn auch mit kleinerer Auslöseempfindlichkeit. Da hierbei die induzierte Spannung in der Sekundärwicklung bei gleichem Effektivwert des Primärstromes kleiner ist als bei sinusförmigem Wechselstrom, führt die Energiespeicherschaltung zu einem günstigeren Auslöseverhalten. Vor allem bleiben die Energieinhalte der Auslöseimpulse, die durch die Schaltspannung des Halbleiterleleir.entes gegeben sind, gleich und damit auch die Zuverlässigkeit der Auslösung. Hierin liegt ein erheblicher Fortschritt gegenüber den bekannten FI-Schutzschaltern, die nur bei Wechselstrom wirksam sind, da ihre Auslösempfindlichkeit durch Gleichstromkomponenten des Fehlerstromes ungünstig beeinflußt wird. Da immer mehr elektronische Bauelemente in Haushaltsgeräten verwendet werden und sich in der Praxis gezeigt hat, daß dann der im Falle eines Kcrperschlusses fließende Fehlerstrom immer nur in Form eines pulsirenden Gleichstromes auftritt, kommt der befriedigenden Lesung dieses Gleichstromproblemes durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fehlerstromschutzschalter besondere Bedeutung zu. Im Rahmen der Erfindung wird ferner anstelle der früher benutzten Glimmlampe als Schaltelement ein Halbleiterbauelement" benutzt. Solche Halbleiterbauelemente sind seit einiger Zeit preiswert und in kleinen Abmessungen verfügbar. Mit Schaltspannunge, die bei 10 Volt liegen, ermöglichen sie kleine Sekundärwindungszahlen des Summenstromwandler und fast beliebige AüslöEöcennlinien des Schutzschalters. Um auch den Kondenstor klein zu halten, werden als Auslöser vorteilhaft Permanentmagnetauslöser eingesetzt, die man weniger kritisch einstellen und mit größeren Auslösekräften arbeiten lassen kann als bei

den direkten Schaltungen ohne elektrische Energiespeicherschaltung. Um eine bei wirtschaftlichen Kernabnessungen des Summenstromwandlers für den Berührungsschutz günstige Form der Auslösekennlinie des Fl-Schutzschalters zu erzielen, ist ferner die Sekundärwicklung mit einer Windungszahl versehen, die über 100 Windungen liegt.

Die Erregerwicklung des Permanentmagnetauslösers wird mit einer Windungszahl versehen, die für den verwendeten Fehlerstromauslöser bei der Entladung des Kondensators die günstigste Form des Auslöseimpulses ergibt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform gelingt dies am leichtesten mit einem sogenannten polarisierten Permanentmagnetauslöser, der im Erregerkreis einen Luftspalt besitzt. Dies ermöglicht die Herstellung einer Erregerwicklung auf Wickelmaschinen und eine weitgehend automatisierte Fertigung.

Zweckmäßig kann weiterhin die Gleichrichterschaltung aus einer Spannungsverfielfachungsschaltung bestehen.

In der Zeichnung ist ein Fehlerstromschutzschalter nach der Erfindung in zwei beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 - ein Ausführungsbeispiel .

und
Figur 2 - eine Weiterbildung dieser Ausführungsform des Fehlerstromschutzschalters.

Der Kontaktapparat 1 des Fl-Schutzschalters nach Fig. 1 wird über das Cchaltschluß 2 mittels des Betätigungsorganes 3 oder des Fehlerstromauslösers 8 ein- bzw. ausgeschaltet. Die Erregerwicklung des Fehlerstromauslösers 8 ist über das spannungsabhängige Schaltorgan 7, das als Halbleiterbauelement dargestellt ist, mit dem Impulskondensator 5 verbunden. Er wird über die Gleichrichterschaltung 6 von der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers Jj in Abhängigkeit von der Höhe des fließenden

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Fehlerstromes aufgeladen. Der Kern 9 des Summenstromwandler ist aus einem hochpermeablen magnetsichen Werkstoff hergestellt, dessen Remanenzinduktion kleiner ist als 40 % der Sättigungsinduktion.

Figur 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Auslöserkreis, bei dem der Impulskondensator 5 von der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers '4 über eine Spannungsverdopplungsschaltung aufgeladen wird. Als Auslöser wird ein polarisierter Auslöser verwendet, der im Erregerkreis zwischen den Polschuhen 10 und dem Anker 11 einen Luftspalt besitzt, so daß bei abgehobenem Anker die Wicklung 12 auf die Polschuhe im fertig gewickelten Zustand aufgebracht werden kann.

Claims

PATENTANWÄLTE

DIETRICH LEWINSKY HEINZ-JOACHIM HUBER REINER PRIETSCH MÖNCHEN 21 GOTTHARDSTR. 81

Dr. Gottfried Biegelmeier ?*·· JuIi 1981

13.593-IV/gr

PATENTANSPRÜCHE

f 1, ) Fehlerstromschutzschalter bestehend aus einen Kontakt- ^-^ apparat, einem Schaltschloß mit Freiauslösung und Betätigungsorgan, einem Summenstromwandler, einer elektronischen Energiespeicherschaltung und einem Fehlerstromauslöser mit Permanentmagneten in einem Gehäuse aus Isolierstoff mit Anschlußklemmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Summenstromwandler (H) einen Kern (9) aus hochpermeablem magnetischem Werkstoff besitzt, dessen Remanenzinduktion kleiner ist als HO % der Sättigungsinduktion (statisch gemessen) und dessen Sekundärwicklung mit einer Windungszahl über hundert über eine netzspannungsunabhängige elektronische Energiespeicherschaltung (5> 6) mit dem Fehlerstromauslöser (8) des Schaltschlosses (2) verbunden ist, wobei die netzspannungsunabhängige elektronische Energiespeicherschaltung aus einem Kondensator (5) besteht, der über eine Gleichrichterschaltung (6) vom Summenstromwandler (U) fehlerstromabhängig aufgeladen wird und der sich über ein spannungsabhängiges Halbleiterbauelement (7) bei Erreichen einer bestimmten Ladespannung des Kondensators (5) impulsartig über die Auslösespule des Fehlerstromauslösers (8) entlädt und dadurch den Fehlerstromschutzschalter auslöst (Figur 1).
2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß der Fehlerstromauslöser (8) als polarisierter Auslöser ausgebildet ist und im Erregerkreis einen Luft- . spalt besitzt (Figur 2).
3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (6) aus einer Spannungsvervielfachungsschaltung besteht.