DE3807934B4 - Selective residual current device - Google Patents
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Abstract
Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler und einem Auslöser, dessen Erregerwicklung (14) mit einem vorgeschalteten steuerbaren elektronischen Ventil (30) an die Sekundärwicklung des Summenstromwandlers über eine elektronische Auslöseschaltung angeschlossen ist, die eine Gleichrichterbrückenschaltung, einen unmittelbar an deren Ausgangsklemmen angeschlossenen Ladekondensator (46) und einen Verzögerungskondensator (50) enthält, wobei der Ladekondensator (46) als Speicher für die zum Betätigen des Auslösers erforderliche Energie sowie die Energieversorgung der elektronischen Schaltung (16) bemessen ist und der Verzögerungskondensator (50) Teil eines an den Ladekondensator (46) parallel zu dem elektronischen Ventil (30) und der Erregerwicklung (14) des Auslösers geschalteten RC-Gliedes (48) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerstromschutzschalter ein selektiver Fehlerstromschutzschalter ist, der eine CMOS-Logik (60) umfaßt, über die das elektronische Ventil (30) von der beim Aufladen des Ladekondensators (46) verzögert ansteigenden Spannung des Verzögerungskondensators (50) ansteuerbar ist, wobei die CMOS-Logik (60) aus mehreren hintereinander geschalteten UND- oder NAND-Gattern (64, 66, 68) mit unter sich verbundenen Eingängen besteht, die...Residual Current Device with a summation current transformer and a trigger whose excitation winding (14) with an upstream controllable electronic valve (30) to the secondary winding of the summation current transformer via an electronic trigger circuit connected, which is a rectifier bridge circuit, an immediate at the output terminals connected charging capacitor (46) and a delay capacitor (50) contains wherein the charging capacitor (46) as a memory for the required for actuating the trigger Energy as well as the power supply of the electronic circuit (16) is dimensioned and the delay capacitor (50) Part of a charge capacitor (46) parallel to the electronic Valve (30) and the excitation winding (14) of the trigger switched RC element (48), characterized in that the residual current circuit breaker a selective residual current device is a CMOS logic (60) on the the electronic valve (30) when charging the charging capacitor (46) delayed increasing voltage of the delay capacitor (50) is controllable, wherein the CMOS logic (60) consists of several consecutive switched AND or NAND gates (64, 66, 68) with interconnected inputs exists that ...
Description
Die Erfindung betrifft einen selektiven Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler und einem Auslöser, dessen Erregerwicklung mit einem vorgeschalteten steuerbaren elektronischen Ventil an die Sekundärwicklung des Summenstromwandlers über eine elektronische Auslöseschaltung angeschlossen ist, die eine Gleichrichterbrückenschaltung, einen unmittelbar an deren Ausgangsklemmen angeschlossenen Ladekondensator und einen Verzögerungskondensator enthält, wobei der Ladekondensator als Speicher für die zum Betätigen des Auslösers erforderliche Energie sowie die Energieversorgung der elektronischen Schaltung bemessen ist und der Verzögerungskondensator Teil eines an den Ladekondensator parallel zu dem elektronischen Ventil und der Erregerwicklung des Auslösers geschalteten RC-Gliedes ist.The The invention relates to a selective residual current device with a summation current transformer and a trigger whose excitation winding with an upstream controllable electronic valve to the secondary winding of the summation current transformer via an electronic trigger circuit connected, which is a rectifier bridge circuit, an immediate at the output terminals connected charging capacitor and a delay capacitor contains wherein the charging capacitor as memory for operating the shutter required energy as well as the power supply of the electronic Circuit is dimensioned and the delay capacitor part of a to the charging capacitor in parallel with the electronic valve and the excitation winding of the trigger switched RC element is.
Selektive Fehlerstromschutzschalter haben als Sonderausführung die Aufgabe, aufgrund ihrer Auslöseverzögerung in verzweigten Anlagen, in denen sowohl die Hauptverteilung als auch die Unterverteilung und die dazwischen liegenden Anlageteile in die Fehlerstromschutzschaltung einbezogen sind, ein Ausschalten aller an die Hauptverteilung angeschlossenen Verbraucher im Falle eines Isolationsfehlers hinter der Unterverteilung zu verhindern. Zu diesem Zwecke müssen die selektiven Fehlerstromschutzschalter in den einzelnen Ländern bestimmten Vorschriften wie beispielsweise in der Bundesrepublik Deutschland der VDE 0664 genügen. Dort sind obere und untere Grenzwerte für die Auslösezeit angegeben, die mit zunehmender Größe des Fehlerstroms im Verhältnis zum Nennfehlerstrom sinken.selective Residual current circuit breakers have as a special version the task, due their triggering delay in branched plants in which both the main distribution and the subdistribution and the intervening plant parts in the fault current protection circuit are involved, a power off all consumers connected to the main distribution in case to prevent an insulation fault behind the subdistribution. For this purpose must The selective residual current circuit breakers in each country Regulations such as in the Federal Republic of Germany satisfy the VDE 0664. There are upper and lower limits for the tripping time, which are increasing Size of fault current in relation to decrease to nominal fault current.
Bei einem bekannten selektiven Fehlerstromschutzschalter (Siemens-Zeitschrift 42, 1968, Heft 6, S. 492-494) wird die Auslöseverzögerung durch ein RC-Glied besorgt, das an die Ausgangsklemmen einer Gleichrichterbrückenschaltung im Sekundärkreis des Summenstromwandlers angeschlossen ist. Aufgrund des Streubereiches solcher Zeitverzögerungsschaltungen mit reinen RC-Gliedern hat der bekannte Fehlerstromschutzschalter eine gewisse Ungenauigkeit im Ansprechen des nachgeschalteten Auslösers.at a known selective residual current device (Siemens magazine 42, 1968, No. 6, pp. 492-494), the tripping delay is provided by an RC element, to the output terminals of a rectifier bridge circuit in the secondary circuit of Summation current transformer is connected. Due to the spreading area such time delay circuits with pure RC elements has the known residual current circuit breaker a certain inaccuracy in the response of the downstream trigger.
Ein
anderer bekannter Fehlerstromschutzschalter (
Aus
der
Die
Aus
der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selektiven Fehlerstromschutzschalter zu schaffen, mit dem auf einfache Weise und unabhängig von Fremdenergie aus dem Speisenetz oder einer anderen Energiequelle ein Einhalten der mit steigendem Fehlerstrom im Verhältnis zum Nennfehlerstrom sinkenden Grenzwerte entsprechend den geltenden Bestimmungen ermöglicht wird.Of the Invention is based on the object, a selective residual current circuit breaker to create, with the simple and independent of External energy from the supply network or another source of energy a compliance with the increasing fault current in relation to Nominal residual current falling limit values according to the applicable Provisions becomes.
Ausgehend von einem Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Fehlerstromschutzschalter ein selektiver Fehlerstromschutzschalter ist, der eine CMOS-Logik umfaßt, über die das elektronische Ventil von der beim Aufladen des Ladekondensators verzögert ansteigenden Spannung des Verzögerungskondensators ansteuerbar ist, wobei die CMOS-Logik aus mehreren hintereinander geschalteten UND- oder NAND-Gattern mit unter sich verbundenen Eingängen besteht, die Eingänge des ersten Gatters über einen dritten ohmschen Widerstand an eine Verbindung zwischen dem Verzögerungskondensator und einem ersten ohmschen Widerstand im RC-Glied angeschlossen sind und der Ausgang des letzten Gatters über einen vierten ohmschen Widerstand an die Steuerelektrode des elektronischen Ventils geführt ist.Based on a residual current circuit breaker of the type mentioned above, this object is achieved in that the residual current circuit breaker a selective residual current circuit breaker is, which comprises a CMOS logic, via which the electronic valve is controlled by the delaying when charging the charging capacitor voltage of the delay capacitor, wherein the CMOS logic consists of a plurality of series-connected AND or NAND gates with interconnected inputs, the inputs of the first gate are connected via a third ohmic resistor to a connection between the delay capacitor and a first ohmic resistance in the RC element and the output of the last gate is passed via a fourth ohmic resistance to the control electrode of the electronic valve.
Der Ladekondensator des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters bildet somit zusammen mit der Impedanz der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers und der Gleichrichterbrückenschaltung einen ersten Integrator, in welchen die beim Auftreten eines Fehlerstroms an der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers erzeugte Spannung zur Bereitstellung der Energie für den Auslöser sowie die CMOS-Logik gespeichert wird. Die am Ladekondensator auftretende Spannung wird am Verzögerungskondensator ein zweites Mal integriert, um den Spannungsaufbau am Eingang der CMOS-Logik zu verzögern. Diese arbeitet wie ein Vergleicher und schaltet beim Erreichen einer Schwellenspannung etwa gleich der halben Betriebsspannung von üblicherweise 5 Volt von einem logischen O-Signal auf ein logisches I-Signal oder umgekehrt an ihrem Ausgang um, wodurch das elektronische Ventil angesteuert und der Auslöser mit der im Ladekondensator bereitstehenden Energie erregt wird.Of the Charging capacitor of the residual current circuit breaker according to the invention thus forms together with the impedance of the secondary winding of the summation current transformer and the rectifier bridge circuit a first Integrator in which the on when a fault current occurs the secondary winding the summation current transformer generated voltage to provide the Energy for the trigger as well as the CMOS logic is stored. The occurring at the charging capacitor Voltage is at the delay capacitor integrated a second time to the tension build up at the entrance of the Delay CMOS logic. This works like a comparator and switches on reaching one Threshold voltage approximately equal to half the operating voltage of usually 5 volts from a logical O signal to a logical I signal or reversed at its output, causing the electronic valve controlled and the trigger is energized with the energy available in the charging capacitor.
Je größer der Fehlerstrom ist, um so schneller wird auch der Verzögerungskondensator aufgeladen, und desto früher wird die CMOS-Logik umgeschaltet werden. Diese hat einen sehr kleinen Energieverbrauch und arbeitet mit äußerst geringer Streuung der Schwellenspannung. Da die Freigabe der im Ladekondensator gespeicherten Energie an die Erregerwicklung des Auslösers durch das von der CMOS-Logik gesteuerte elektronische Ventil sprunghaft erfolgt, können Haltemagnetauslöser verwendet wer den, deren Auslöseenergie in weiten Grenzen schwankt. Da bei Nennfehlerstrom nur ein geringer Strom in der Sekundärwicklung zu fließen braucht, lassen sich auch bei geringen Abmessungen des Ringkerns viele Windungen für die Sekundärwicklung auf dem Ringkern anbringen, so daß einerseits die erforderliche Spannung für die elektronische Schaltung gewährleistet ist und andererseits die Herstellungskosten klein gehalten werden können.ever bigger the Residual current is, the faster also the delay capacitor charged, and the sooner the CMOS logic will be switched. This one has a very small one Energy consumption and works with extremely low dispersion of Threshold voltage. Since the release of the stored in the charging capacitor Energy to the exciter winding of the trigger by that of the CMOS logic controlled electronic valve takes place abruptly, holding magnet releases can be used who, whose trigger energy fluctuates within wide limits. Because at nominal fault current only a small Current in the secondary winding to flow, can be many turns even with small dimensions of the toroidal core for the secondary winding install on the toroidal core, so that on the one hand the required Tension for the electronic circuit ensures On the other hand, the production costs are kept small can.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die CMOS-Logik aus mehreren hintereinander geschalteten UND- oder NAND-Gattern mit unter sich verbundenen Eingängen, wobei die Eingänge des ersten Gatters über einen dritten ohmschen Widerstand an die Verbindung zwischen dem Verzögerungskondensator und dem ersten ohmschen Widerstand im RC-Glied angeschlossen sind und der Ausgang des letzten Gatters über einen vierten ohmschen Widerstand an die Steuerelektrode des elektronischen Ventils geführt ist. Dabei enthält die CMOS-Logik zweckmäßig drei NAND-Gatter. Durch die Verwendung solcher Gatter in insbesondere dreifacher Hintereinanderschaltung wird eine besonders präzise Ansteuerung des elektronischen Ventils gewährleistet.To In another feature of the invention, the CMOS logic consists of several one behind the other connected UND or NAND gates with themselves connected entrances, the inputs the first gate over a third ohmic resistance to the connection between the delay capacitor and the first ohmic resistor are connected in the RC element and the output of the last gate via a fourth ohmic Resistor is guided to the control electrode of the electronic valve. there contains the CMOS logic is expedient three NAND gate. By using such gates in particular Triple series connection is a particularly precise control ensured by the electronic valve.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des RC-Gliedes zu einem ersten, mit dem Verzögerungskondensator in Reihe liegenden ohmschen Widerstand die Reihenschaltung eines zweiten ohmschen Widerstandes und einer Zenerdiode parallel geschaltet, die den zweiten ohmschen Widerstand beim Erreichen ihrer Durchbruchspannung zuschaltet. Dies führt bei größeren Fehlerströmen in erwünschter Weise zu einem steileren Verlauf der Zeit-Strom-Charakteristik zwischen der Verzö gerungszeit und dem Fehlerstrom, wodurch die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzen weiterhin begünstigt wird.In Advantageous embodiment of the invention is within the RC element to a first, with the delay capacitor in series ohmic resistance, the series connection of a second ohmic resistor and a zener diode connected in parallel, the second ohmic resistance when reaching their breakdown voltage connecting them. this leads to for larger fault currents in desired Way to a steeper course of the time-current characteristic between the delay time and the fault current, thereby ensuring compliance with the prescribed Borders continue to favor becomes.
Nach einem anderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist parallel zu dem Ladekondensator eine Zenerdiode geschaltet, deren Durchbruchsspannung wenigstens angenähert der beim 5fachen Nennfehlerstrom auftretenden Ausgangsspannung an der Gleichrichterbrückenschaltung entspricht. Dadurch wird nicht nur verhindert, daß die elektronische Schaltung bei höheren Fehlerströmen mit unzulässig hohen Spannungen beaufschlagt wird, sondern gleichzeitig wird sichergestellt, daß bei höheren Fehlerströmen als dem 5fachen des Nennfehlerstroms die Auslösezeit des selektiven Fehlerstromschutzschalters weiter sinkt.To another feature for advantageous embodiment of the invention a Zener diode is connected in parallel with the charging capacitor, their breakdown voltage at least approximately at 5 times the nominal residual current occurring output voltage at the rectifier bridge circuit equivalent. This not only prevents the electronic Switching at higher fault currents with unacceptably high Tension is applied, but at the same time it ensures that that at higher Fault currents as 5 times the nominal residual current, the tripping time of the selective residual current circuit breaker continues to sink.
Das elektronische Ventil kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Thyristor sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, statt dessen einen PNP- und einen NPN-Transistor in Kaskadenschaltung zu verwenden, indem deren Kollektoren und Basen wechselweise miteinander verbunden sind, wobei der Ausgang der CMOS-Logik an die Basis des PNP-Transistors herangeführt ist. Eine solche Verwendung gewöhnlicher Transistoren anstelle eines Thyristors ist wesentlich billiger und läßt sich einfacher realisieren.The electronic valve can in a further embodiment of the invention be a thyristor. However, it is particularly advantageous instead to use a PNP and an NPN transistor in cascade connection, by connecting their collectors and bases alternately where the output of the CMOS logic is at the base of the PNP transistor brought is. Such use is more common Transistors instead of a thyristor is much cheaper and cheaper let yourself easier to realize.
Um den Fehlerstromschutzschalter nach seinem Ansprechen so schnell wie möglich erneut betriebsbereit zu machen, sieht ein besonderes Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung vor, daß der CMOS-Logik eine Diode parallel geschaltet ist, über die sich der Verzögerungskondensator wieder entladen kann.To re-operate the residual current circuit breaker after its response as soon as possible To make ready, provides a special embodiment feature of the invention that the CMOS logic is connected in parallel with a diode over which the delay capacitor can discharge again.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:One embodiment The invention will be explained in more detail below in conjunction with the drawing. It demonstrate:
In
Zum
mechanischen Entriegeln des Schaltschlosses dient ein (nicht gezeigter)
Auslöser,
der in Verbindung mit der Erfindung zweckmäßig ein Haltemagnetauslöser ist.
Seine Erregerwicklung ist bei
Die
elektronische Schaltung arbeitet in dargestellten Ausführungsbeispiel
mit positiven Polaritäten
und enthält
hierzu eine an die Sekundärwicklung
Das
elektronische Ventil
Im übrigen liegen
zwischen der Sammelleitung
- – eine Zenerdiode
44 , - – ein
Speicherkondensator
46 , - – ein
RC-Glied
48 .
- - a zener diode
44 . - - a storage capacitor
46 . - - an RC element
48 ,
Der
Speicherkondensator
Das
RC-Glied
Die
Durchbruchsspannung der Zenerdiode
An
die Verbindungsstelle
Zwischen
den Verbindungsstellen
Die
Wirkungsweise der vorbeschriebenen Auslöseschaltung ist folgende:
Solange
auf der Verbraucherseite des Fehlerstromschutzschalters kein Fehlerstrom
fließt,
ist die Durchflutung des Ringkerns
As long as no fault current flows on the load side of the residual current circuit breaker, the flux of the toroidal core is
Tritt
nun auf der Verbraucherseite des Fehlerstromschutzschalters ein
Fehlerstrom auf, der ein Wechselfehlerstrom oder ein pulsierender
Gleichfehlerstrom oder auch beides sein kann, wird das Gleichgewicht
der entgegengesetzt fließenden
Ströme
in den Leitern P und N gestört.
Die hierdurch auftretende Durchflutung des Ringkerns
Die
Höhe des
hierbei erreichten Potentials an der Leitung
Die
sich am Speicherkondensator
Diese
Aufladung erfolgt jedoch wie der Verlauf der Spannung V2 am Verzögerungskondensator
Die
sich am Verzögerungskondensator
Die
Umschaltung des Potentials am Ausgang des NAND-Gatters
Die
Die gemessenen Auslösezeiten sind durch dicke Linien tA-bei Gleichfehlerströmen mit verschiedenen Steuerwinkeln durch diesen als Indexzusatzunterschieden – miteinander verbunden und zeigen, daß die obigen Grenzwerte im gesamten Bereich von problemlos eingehalten werden können.The measured tripping times are related by thick lines t A - for DC residual currents with different control angles through them as index addition differences - and show that the above limits are within the full range of can be easily complied with.
Der
Widerstand
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Legal Events
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