DE3232612A1 - Method for delaying the triggering of an earth-leakage current protection circuit breaker, and an earth-leakage current protection circuit breaker for carrying out the method - Google Patents
Method for delaying the triggering of an earth-leakage current protection circuit breaker, and an earth-leakage current protection circuit breaker for carrying out the methodInfo
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Abstract
Description
Patentanwälte
Dipl.-Ing. W. Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. JochemPatent attorneys
Dipl.-Ing. W. Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem
Frankfurt / Main . . Staufenstraße 36Frankfurt / Main. . Staufenstrasse 36
Bezeichnung: Verfahren zum Verzögern des Ansprechens eines Fehlerstromschutzschalters sowie Fehlerstromschutzschalter zur Durchführung des Verfahrens.Designation: Procedure for delaying the response of a residual current circuit breaker and residual current circuit breaker to carry out the procedure.
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verzögern des Ansprechens eines Fehlerstromschutzschalters mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklung in den zu überwachenden Leitern liegen und an dessen Sekundärwicklung eine Haltemagnetauslöser angeschlossen ist, sowie einen Fehlerstromschutzschalter zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for delaying the response of a residual current circuit breaker with a Summation current transformer whose primary winding is in the conductors to be monitored and on its secondary winding a holding magnet release is connected, as well as a residual current circuit breaker to carry out such Procedure.
Zur Erzielung einer sogenannten "vertikalen Selektivität" von gestaffelt innerhalb eines Stromverteilungsnetzes angeordneten Fehlerstromschutzschaltern muß der dem Stromerzeuger nähere Fehlerstromschutzschalter zwei Bedinungen genügen:In order to achieve a so-called "vertical selectivity" of those arranged in a staggered manner within a power distribution network Residual current circuit breakers, the residual current circuit breaker closer to the generator must have two conditions suffice:
1. sein Nenn-Fehlerstrom muß mindestens doppelt so hoch bemessen sein wie der eines jeden nachgeschalteten Fehlerstromschutzschalters ;1. Its nominal fault current must be at least twice as high be like that of any downstream residual current circuit breaker;
2. seine Ansprechzeit muß bei gleichem Beginn und gleicher Höhe eines Fehlerstroms, der gleich oder größer als sein Nenn-Fehlerstrom ist, auf jeden Fall größer als die Ansprechzeit eines nachgeschalteten Fehlerstromschutzschalters sein.2. Its response time must be equal to or greater than with the same start and the same level of a fault current The nominal residual current is, in any case, greater than the response time of a downstream residual current circuit breaker be.
Zur Erfüllung der letzteren Bedingung ist es bekannt, nach dem Prinzip der sogenannten "Energiespeicherung" zu arbeiten. Sobald der Magnetkern des Summenstromwandlers durch einen Fehlerstrom ausreichend magnetisiert ist, wird ein im .Stromkreis der Sekundärwicklung angeordneter Kondensator bis auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen, bei deren Erreichen eine elektronische Schaltkomponente oder ein elektronisches Schaltsystem den Kondensator schlagartig über die Wicklung des Auslösers entlädt und dadurch dasTo meet the latter condition, it is known to work according to the principle of so-called "energy storage". As soon as the magnetic core of the summation current transformer is sufficiently magnetized by a fault current, an in the .Stromkreis The capacitor arranged in the secondary winding is charged up to a predetermined voltage when it is reached an electronic switching component or an electronic switching system the capacitor abruptly discharged through the coil of the release and thereby the
Schloß des Fehlerstromschutzschalters entklinkt. Die Zeitspanne, die zum Erreichen der vorbestimmten Spannung erforderlich ist, entspricht der gewünschten Ansprechverzögerung und ist für die Funktion des Schalters im Rahmen der vertikalen Selektrivität erforderlich.The lock of the residual current circuit breaker unlatched. The amount of time it takes to reach the predetermined voltage corresponds to the desired response delay and is for the function of the switch in the context of the vertical Selectivity required.
Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber ein Verfahren zum Verzögern des Ansprechens eines Fehlerstromschutzschalters sowie einen Fehlerstromschutzschalter zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen, bei denen eine solche elektronische Schaltkomponente bzw. ein solches elektronisches Schaltsystem entfällt.The object of the invention is to provide a method for Delaying the response of a residual current circuit breaker and a residual current circuit breaker to carry out a to create such a method in which such an electronic switching component or such an electronic Switching system is omitted.
Die Erfindung löst diese Aufgabe verfahrensmäßig dadurch, daß die Durchflutung des Magnetkerns des Summenstromwandlers beim Auftreten eines Fehlerstroms vorübergehend durch eine von einem Gleichstrom oder einem pulsierenden Gleichstrom bewirkte Durchfiutungskomponente unterhalb der für das Ansprechen des Auslösers erforderlichen Höhe gehalten wird. Dabei sinkt die DurchfIutungskomponente zweckmäßig während der Verzögerung von einem Höchstwert asymptotisch gegen Null ab, so daß sie nach einer bestimmten Zeitspanne nicht mehr ausreicht, die Gesamtdurchflutung des Magnetkerns unterhalb der für das Ansprechen des Auslösers erforderlichen Höhe zu halten.The invention solves this problem in terms of method by that the flooding of the magnetic core of the summation current transformer when a fault current occurs temporarily through a The flow component caused by a direct current or a pulsating direct current is below that for the Response of the trigger is maintained at the required height. The flow component expediently decreases during this the delay from a maximum value asymptotically towards zero, so that it no longer after a certain period of time sufficient to keep the total flow through the magnetic core below the level required for the trigger to respond keep.
Um in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Durchflutung vorübergehend unterhalb der für das Ansprechen des Auslösers erforderlichen Höhe zu halten, weist bei einem Fehlerstromschutzschalter zur Durchführung dieses Verfahrens der Summenstromwandler eine Tertiärwicklung auf, die beim Auftreten eines Fehlerstroms vorübergehend über einen Gleichrichter kurzschließbar ist. Dieser Gleichrichter verhindert einen vollständigen Kurzschluß gegenüber den normalen Wechselströmen in den Primärwicklungen und bewirkt auf der anderenTo be in accordance with the method of the invention Keeping the flow temporarily below the level required for the trigger to respond is advisable in the case of a Residual current circuit breaker to carry out this procedure, the summation current transformer on a tertiary winding, which when Occurrence of a fault current temporarily through a rectifier can be short-circuited. This rectifier prevents a complete short circuit against normal alternating currents in the primary windings and effects on the other
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Seite dennoch eine ausreichende Desensibilisierung des Summenstromwandlers1 in Bezug auf die Induzierung einer ausreichend hohen Spannung in der Sekundärwicklung zur Betätigung des Auslösers.On the other hand, sufficient desensitization of the summation current transformer 1 with regard to the induction of a sufficiently high voltage in the secondary winding to actuate the release.
Das asymptotische Absinken der Durchflutungskomponente gegen Null während der Verzögerung läßt sich bei einem derartigen Fehlerstromschutzschalter dann in besonders einfacher Weise dadurch erzielen, daß der Kurzschluß über wenigstens einen Kondensator erfolgt, der zu dem Gleichrichter in Reihe geschaltet ist.The asymptotic drop in the flow component Towards zero during the delay can then in particular in such a residual current circuit breaker easily achieve that the short circuit takes place via at least one capacitor that is connected to the rectifier is connected in series.
Nach einem weiteren Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters ist parallel zu dem Kondensator ein Ohm'scher Entladewiderstand geschaffen, der so bemessen ist, daß er während der Verzögerungszeit den Kondensator nicht nennenswert entlädt, im Anschluß daran aber dennoch den Kondensator in hinreichender Zeit selbsttätig entlädt, die Verzögerungswirkung für das erneute Auftreten eines Pehlerstroras wiederherzustellen.According to a further feature of the advantageous embodiment of the residual current circuit breaker according to the invention is an ohmic discharge resistor in parallel with the capacitor created, which is dimensioned so that it does not discharge the capacitor significantly during the delay time, following this, however, the capacitor discharges automatically in sufficient time, the delay effect for to restore the recurrence of Pehlerstroras.
Ein anderes Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß an die Klemmen der Tertiärwicklung unmittelbar ein (weiterer) Kondensator geringer Kapazität zur Ableitung von Oberwellenströmen angeschlossen ist. Dadurch wird vermieden, daß die Ansprechverzögerung durch nicht vorher zu bestimmende Oberwellen verkürzt und dadurch die gewünschte Selektivität infrage gestellt wird.Another feature of the advantageous embodiment of the invention provides that the terminals of the tertiary winding a (further) capacitor of low capacitance is connected directly to dissipate harmonic currents. Through this it is avoided that the response delay is shortened by harmonics that cannot be determined beforehand and thereby the desired selectivity is questioned.
Ein besonders Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Summenstromwandler einen Hauptmagnetkern und einen Hilfsmagnetkern aufweist, die über aneinander angeschlossene Hilfswicklungen miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind, wobei der Hauptmagnetkern die Primärwicklung umfaßt und der HilfsmagnetkernA particular feature of the advantageous embodiment of the invention provides that the summation current transformer Main magnetic core and an auxiliary magnetic core, which via auxiliary windings connected to one another are electromagnetically coupled, the main magnetic core comprising the primary winding and the auxiliary magnetic core
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die Sekundärwicklung und die Tertiärwicklung trägt. Ein solcher Summenstromwandler läßt sich durch Anschluß eines billig herzustellenden Hilfsstromwandlers mit drei Wicklungen an die Sekundärwicklung eines üblichen Summenstromwandlers mit nur zwei Wicklungen zusammensetzen und erübrigt die Bereitstellung eines besonderen aufwendigen Haupt-Summenstromwandlers mit einer zusätzlichen Tertiärwicklung. carries the secondary winding and the tertiary winding. Such a summation current transformer can be connected by connecting a cheap to produce auxiliary current transformer with three windings to the secondary winding of a conventional summation current transformer put together with just two windings and eliminates the need to provide a special laborious one Main summation current transformer with an additional tertiary winding.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung gezeigter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:
Fig. 1: die Verzögerungsschaltung für den Auslöserkreis eines Fehlerstromschutzschalters mit einem Summenstromwandler, der nur einen einzigen Magnetkern aufweist,Fig. 1: the delay circuit for the trigger circuit a residual current circuit breaker with a summation current transformer that has only a single magnetic core,
Fig. 2: dieselbe Schaltung mit einem Summenstromwandler mit einem Hauptmagnetkern und einem Hilfsmagnetkern, die elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind undFig. 2: the same circuit with a summation current transformer with a main magnetic core and an auxiliary magnetic core, which are electromagnetically are coupled to each other and
Fig. 3a-3d: Diagramme zur Veranschaulichung des zeitlichen Verlaufs der Ströme und Spannungen an der Tertiär- und der Sekundärwicklung.3a-3d: Diagrams to illustrate the course of the currents and voltages over time on the tertiary and secondary windings.
In beiden Zeichnungsfiguren sind mit 1,2,3 und N die drei Phasenleiter und der Neutralleiter eines Fehlerstromschutzschaiters 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 Wicklung zur Schwächung des die Haltekraft bewirkenden magnetischen Feldes trägt, deren Eingangsklemmen mit 7 und 8 bezeichnet sind.In both drawing figures, 1,2,3 and N are the three Phase conductor and the neutral conductor of a residual current circuit breaker denotes, the movable switch contacts 4 can be operated jointly via a switch lock 5, which of an electromagnetic release 6 can be unlocked. Of the Release 6 contains a polarized relay with a (not shown) holding magnet, which in a known manner a Winding to weaken the magnetic field causing the holding force, whose input terminals are marked 7 and 8 are designated.
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Die Leiter 1 , 2 , |3 und N sind durch den ringförmigen Mangetkern 9 eines Summenstromwandlers 1o hindurchgeführt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 trägt der Magnetkern 9 ferner eine Sekundärwicklung 11, die an die Eingangsklemmen 7, 8 des Haltemagnetauslösers 6 angeschlossen ist.The conductors 1, 2, | 3 and N are through the annular magnetic core 9 of a summation current transformer 1o passed through. According to In the embodiment according to FIG. 1, the magnetic core 9 also carries a secondary winding 11 which is connected to the input terminals 7, 8 of the holding magnet release 6 is connected.
Weiterhin trägt der Magnetkern 9 des Summenstromwandler^ 1o eine Tertiärwicklung 12, an welche ein in seiner GesamtheitFurthermore, the magnetic core 9 of the summation current transformer carries ^ 1o a tertiary winding 12 to which one in its entirety
mit 13 bezeichneter Verzögerungskreis 13 angeschlossen ist. )with 13 designated delay circuit 13 is connected. )
Der Verzögerungskreis 13 besteht in der Hauptsache aus der Reihenschaltung eines Gleichrichters 14 mit einem Kondensator 15, zu welchem außerdem ein Entladewiderstand 16 parallelge-The delay circuit 13 consists mainly of the series connection of a rectifier 14 with a capacitor 15, to which a discharge resistor 16 is also connected in parallel
schaltet ist. Ferner ist vor dem Gleichrichter 14 unmittelbar an die Tertiärwicklung 12 ein Kondensator 17 angeschlossen, der im Vergleich zu dem Kondensator 15 eine erheblich kleinere Kapazität besitzt.is switched. Furthermore, a capacitor 17 is connected directly to the tertiary winding 12 in front of the rectifier 14, which compared to the capacitor 15 has a considerably smaller capacity.
Die Wirkungsweise der gezeigten Schaltung ist folgende:The circuit shown works as follows:
Für die Magnetisierung des ringförmigen Magnetkerns 9 gilt \ das Durchflutungsgesetz, das in Vektorform wie folgt geschrieben werden kann:For the magnetization of the ring-shaped magnetic core 9 applies \ the Ampere's law, which can be written in vector form as follows:
worin θ die Durchflutung, I der Strom und w die Windungszahl dind und sich die Indices p,s und t auf die Primär-, die Sekundär- und die Tertiärwicklung beziehen.where θ is the flow, I is the current and w is the number of turns dind and the indices p, s and t relate to the primary, secondary and tertiary windings.
Um das Verständnis zu erleichtern, kann unterstellt werden, daß ein jeder Vektor die Grundgröße der verschiedenen Durchflutungskomponenten oder magnetomotorischen Kräfte darstellt, die bei dem Magnetkern 9 zur Wirkung kommen.To facilitate understanding, it can be assumed that each vector is the basic size of the various flow components or represents magnetomotive forces that come into effect in the magnetic core 9.
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Die Durchflutungskomponente I, . w wird vom Strom in der Tertiärwicklung hervorgerufen, der ein pulsierender Gleichstrom ist und dessen Größe sich aufgrund der abnehmenden Kurzschlußwirkung des Kondensators 15 von einer Größe I._ . wThe flow component I,. w is from the stream in the Tertiary winding caused, which is a pulsating direct current and whose size is due to the decreasing Short-circuit effect of the capacitor 15 of a size I._. w
in eine Größe I' . w £ 0 in einer Zeit ändert, die durch die Schaltungsbestandteile 15, 16 und 17 im Verzögerungskreis bestimmt sind, während in einem oder zweien der Phasenleiter 1,2,3 ein Fehlerstrom bestimmter Größe fließt. Dies hat zur Folge, daß die magnetische Feldstärke, die denin a size I '. w £ 0 changes in a time which are determined by the circuit components 15, 16 and 17 in the delay circuit, while a fault current of a certain size flows in one or two of the phase conductors 1,2,3. This has the consequence that the magnetic field strength that the
«κ magnetischen Fluß bzw. die Induktion im Magnetkern 9 bestimmt, sich entsprechend umgekehrt während der Aufladung des Kondensators von einer Größe ■ = 0 auf einen Wert /1^O erhöht. Infolgedessen steigt auch die Spannung U an der Sekundärwicklung, welche die Eingangsspannung für den Auslöser 6 darstellt, von einem Wert U _ auf einen Wert U' an, bei dem der Auslöser schließlich das Schloß 5 entsperrt, wobei Us0 -:< ü's ist.«Κ magnetic flux or the induction in the magnetic core 9 is determined, and vice versa increases during the charging of the capacitor from a size ■ = 0 to a value / 1 ^ O. As a result, the voltage U on the secondary winding, which represents the input voltage for the trigger 6, rises from a value U _ to a value U 'at which the trigger finally unlocks the lock 5, where U s0 -: <ü' s is.
In Fig. 3 ist der Verlauf der Spannungen und Ströme vom Zeitpunkt Null, in welchem der Fehlerstrom auftritt, bis zum Zeitpunkt t.. dargestellt, in welchem der Auslöser 6 anspricht. Bei (a) ist der Stromverlauf in der Tertiärwicklung, bei (b) die Spannung an der Tertiärwicklung, bei (c) der Stromverlauf in der Sekundärwicklung und bei (d) die Spannung an der Sekundärwicklung dargestellt.In Fig. 3 is the course of the voltages and currents from the time zero, in which the fault current occurs, to Time t .. shown at which the trigger 6 responds. At (a) is the current curve in the tertiary winding, at (b) the voltage at the tertiary winding, at (c) the current curve in the secondary winding and at (d) the voltage at the Secondary winding shown.
Die Kurven rechts davon zeigen im gestreckten Zeitmaßstab für jeweils 2o ms den charakteristischen Verlauf einer einzelnen Schwingungsperiode.The curves to the right show the characteristic curve of a single one on an extended time scale for 20 ms each Period of oscillation.
Bei dem Ausführungsbeipsiel nach Fig. 2 weist der Summenstromwandler 1o außer dem ringförmigen Hauptmagnetkern 9 noch einen Hilfsmagnetkern 18 auf, wobei der Hauptir.agnetkern 9 anstelle der Sekundärwicklung 12 eine Hilfswicklung 19 trägt, die mit einer Hilfswicklung 2o auf dem Hilfsmagnetkern 18In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the summation current transformer 1o in addition to the ring-shaped main magnetic core 9, an auxiliary magnetic core 18, with the main magnetic core 9 instead the secondary winding 12 carries an auxiliary winding 19, those with an auxiliary winding 2o on the auxiliary magnetic core 18
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unmittelbar verbunden ist und dadurch die beiden Magnetkerne 9, 18 elektromagnetisch miteinander koppelt. Die Sekundärwicklung 11 und die Tertiärwicklung 12 sind in diesem Fall auf dem Hilfsmagnetkern 18 angeordnet, so daß der Hauptmagnetkern 9 außer den Phasenleitern 1,2,3 und N nur eine einzige Wicklung, nämlich die Hilfswicklung trägt. Der den Hauptmagnetkern enthaltende Teil des Summenstromwandlers 1o entspricht somit einem herkömmlichen Summenstromwandler, dessen Sekundärwicklung bei der Schaltung nach Fig. 2 als Hilfswicklung 19 verwendet wird.is directly connected and thereby the two magnetic cores 9, 18 are electromagnetically coupled to one another. The secondary winding 11 and the tertiary winding 12 are in this case arranged on the auxiliary magnetic core 18 so that the main magnetic core 9 apart from the phase conductors 1, 2, 3 and N only one winding, namely the auxiliary winding wearing. The part of the summation current transformer 1o containing the main magnetic core thus corresponds to a conventional one Summation current transformer, the secondary winding of which is used as auxiliary winding 19 in the circuit according to FIG.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist dieselbe wie nach Fig. 1.The mode of operation of the circuit according to FIG. 2 is the same as that according to FIG. 1.
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