DE4142969A1 - Fault current protection switch - Google Patents

Fault current protection switch

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Abstract

A residual current device having at least one supply conductor and one return conductor which form the primary windings for a summing current transformer, its secondary winding emitting a signal if a fault current occurs in the supply and return conductors, which signal drives a trip device which unlatches the latching point of a latching mechanism, as a result of which contact points which are located in the supply and return conductors are opened, the trip device having an element consisting of electrostrictive material whose one end is held in a fixed position in the switch and whose other end, which deflects in the case of a signal, acts on the latching point. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a residual current circuit breaker according to the preamble of claim 1.

Beispielsweise zweipolige Fehlerstromschutzschalter er­ fassen über einen Summenstromwandler einen Differenzstrom im Wechselstromkreis, der über eine dem Summenstromwand­ ler zugeordnete Sekundärwicklung den Permanentfluß in ei­ nem permanentmagnetisch vorgespannten Magnetkreis kompen­ siert und einen durch eine Federkraft vorgespannten Anker löst, der einen bestimmten Auslöseweg zurücklegt, das Schaltwerk des Fehlerstromschutzschalters entklinkt und die Hauptkontakte öffnet. Der permanentmagnetisch vorge­ spannte Magnetkreis ist meist ein U-förmig ausgebildeter Auslöser, der einen Permanentmagneten sowie einen Anker aufweist, wobei der Permanentmagnet den Anker so lange am Joch festhält, bis ein Fehlerstrom auftritt und einen magnetischen Fluß er­ zeugt, der dem durch den Permanentmagneten erzeugten Per­ manentfluß entgegenwirkt, so daß eine vorgespannte Feder den Anker vom Joch löst.For example, he bipolar residual current circuit breaker capture a residual current via a summation current transformer in the AC circuit, which over a the sum current wall ler assigned secondary winding the permanent flow in egg Compensate a permanently magnetically biased magnetic circuit siert and an anchor biased by a spring force triggers a certain route, the Switchgear of the residual current circuit breaker unlatches and the main contacts opens. The permanent magnet featured tense magnetic circuit is usually a U-shaped Trigger that has a permanent magnet and an armature has, the permanent magnet on the armature for as long Holds yoke until  a fault current occurs and a magnetic flux witnesses the Per generated by the permanent magnet manentfluß counteracts, so that a biased spring releases the anchor from the yoke.

Da die vom Wandler übertragene Energie gering ist, kann der Auslöser auch nur mit einer entsprechend geringen En­ ergie vorgespannt werden, und eine geringe Erhöhung der Adhäsionskräfte an der Ankerberührungsstelle im Luftspalt kann selbst bei kompensiertem Magnetfluß zu Null zum Haf­ ten des Ankers führen, so daß eine Auslösung unterbleibt und die fehlerhafte Situation im Betriebsstromkreis beste­ hen bleibt.Since the energy transmitted by the converter is low, it can the trigger even with a correspondingly low En ergie are biased, and a slight increase in Adhesive forces at the anchor contact point in the air gap can zero to the port even with compensated magnetic flux guide the anchor so that it does not trip and the faulty situation in the operating circuit is the best hen stays.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fehlerstromschutz­ schalter zu schaffen, bei dem der Auslöser die Verklin­ kung des Schaltschlosses sicher löst.The object of the invention is to provide residual current protection to create switch in which the shutter release release of the key switch safely.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is inventively characterized by nenden features of claim 1 solved.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung kann dahin ge­ hen, das Element als einseitig eingespannten Biegestrei­ fen oder als Scheibenbieger oder als sich linear auslen­ kenden Aktuator auszubilden, dessen freies Ende auf die Verklinkungsstelle einwirkt.A particularly advantageous embodiment can go there hen, the element as a one-sided cantilever or as a disc bender or as a linear deflection training the actuator, the free end of which Interlocking point acts.

Wenn durch den Stromwandler keine ausreichende Spannung zur direkten Ansteuerung des Elementes aus elektrostrik­ tivem Material erreicht wird, dann kann der Auslöser ge­ mäß kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 3 einen vom sekundärseitigen Signal ansteuerbaren Schalter aufweisen, der sich in einem von einem der Hinleiter zum Element und von dort zur Erde führenden Leitungszug befindet; wenn das sekundärseitige Signal auftritt, dann wird der Schal­ ter angesteuert und geschlossen, so daß dem Element Netz­ spannung zugeführt wird. Dadurch kann eine ausreichende Betriebsspannung sowie darüber hinaus auch eine ausrei­ chende Auslenkung des Elementes zur direkten Wirkung auf das Schaltwerk erzeugt werden, sowie eine ausreichende Kraft zum Öffnen des Schaltwerkes.If there is insufficient voltage through the current transformer for direct control of the element from electrostrics tiv material is reached, then the trigger can ge according to the characterizing features of claim 3 one of have switches that can be controlled on the secondary side, which is in one of the guides to the element and from there the cable run leading to earth; if  the secondary signal occurs, then the scarf ter controlled and closed, so that the element network voltage is supplied. This can be sufficient Operating voltage as well as a sufficient deflection of the element for direct effect the rear derailleur are generated, as well as sufficient Force to open the rear derailleur.

Das piezokeramische Element ist eine Art Kondensator, der zur Auslösung aufgeladen wird, der aber vor jeder Neube­ aufschlagung, also vor jeder Neuauslösung entladen sein muß. Demgemäß ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Er­ findung dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch parallel zu den elektrischen Anschlußstellen des Elements ein Schaltelement angeordnet ist, das bereits während des Öffnungsvorganges der Kontaktstellen oder spätestens wäh­ rend der Einschaltung (Schließen der Kontaktstellen), an­ getrieben vom Schaltschloß oder von einem Kupplungsele­ ment zwischen dem Schaltschloß und den Kontaktstellen, schließt und die Anschlußstellen des Elementes wenigstens kurzzeitig kurzschließt. Danach wird die Entladung da­ durch vorgenommen, daß die Anschlußstellen des Elementes mittels eines Schaltelementes geschlossen werden, was dann erfolgen kann, wenn der Schalter in Ausschaltstel­ lung geht oder eingeschaltet wird. Das Schaltelement kann beispielsweise ein Wischkontakt oder dergleichen sein.The piezoceramic element is a kind of capacitor that is charged to trigger, but before each new one impact, i.e. be unloaded before each new trigger got to. Accordingly, an advantageous embodiment of the Er invention characterized in that electrically parallel to the electrical connection points of the element Switching element is arranged, which is already during the Opening process of the contact points or at the latest after switching on (closing of the contact points) driven by the key switch or by a clutch ment between the key switch and the contact points, closes and the connection points of the element at least briefly shorts. After that, the discharge will be there made by that the connection points of the element be closed by means of a switching element, what can be done when the switch is in the off position goes or is turned on. The switching element can for example, a wiping contact or the like.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß der Auslöser so dimensioniert ist, daß er erst ab einer bestimmten, zulässigen Berührungsspannung an­ spricht.An advantageous embodiment of the invention can go there go that the trigger is dimensioned so that it first from a certain permissible touch voltage speaks.

Elektrostriktive Materialien haben den Piezo-Effekt; da­ bei werden sie ausgelenkt, wenn eine bestimmte Spannung angelegt wird. Es wird in diesem Zusammenhang auf die Li­ teraturstelle "Physik in unserer Zeit", 1976, Seite 48 folgende verwiesen, in darauf hingewiesen wird, daß mit Piezoelementen sog. piezoelektrische Relais herstellbar sind, bei denen ein streifenförmiges Piezo-Element, an dessen freiem Ende sich Kontakte befinden, unter der Wir­ kung einer omega-förmigen Schnappfeder und einer elektri­ schen Spannung die Kontaktstücke von einer festen Kon­ taktstelle zu einer anderen festen Kontaktstelle und wie­ der zurückbewegt. Weitere Anwendungen solcher Piezoele­ mente sind beispielsweise der US-PS 28 35 761 oder der DE-OS 29 12 734 zu entnehmen.Electrostrictive materials have the piezo effect; there at they are deflected when a certain tension is created. In this context, reference is made to the Li  Department of Physics in our time, 1976, page 48 following referred, in which it is pointed out that with Piezo elements so-called. Piezoelectric relays can be produced are in which a strip-shaped piezo element the free end of which are contacts under which we kung an omega-shaped spring and an electri tension the contact pieces of a fixed con tact to another fixed contact point and how who moves back. Further applications of such piezoelectric elements elements are, for example, the US-PS 28 35 761 or DE-OS 29 12 734 can be seen.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung so­ wie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserun­ gen der Erfindung und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.Using the drawing, in which some embodiments of the invention are shown, the invention should be so such as further advantageous refinements and improvements gene of the invention and further advantages explained and be described.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Feh­ lerstromschutzschalteranordnung und Fig. 1 is a schematic representation of a first Feh lerstromschutzschalteranordnung and

Fig. 2 eine weitere Ausgestaltung eines Fehlerstrom­ schutzschalter in schematischer Darstellung. Fig. 2 shows a further embodiment of a residual current circuit breaker in a schematic representation.

Die Fig. 1 zeigt eine Fehlerstromschutzschaltungsanord­ nung für ein aus einem Hinleiter L und einem Rückleiter N bestehendes Netz 10. Im Netz 10 befindet sich ein Ver­ braucher 11, der in einem geerdeten Gehäuse 12 unterge­ bracht ist. Der Hin- und Rückleiter ist als Primärwick­ lung durch einen Ringkernwandler 13 geführt, der weiter­ hin auch eine Sekundärwicklung 14 besitzt, die mit einem als Piezoelement 15 ausgebildeten Auslöser verbunden ist. Fig. 1 shows a Fehlerstromschutzschaltungsanord voltage for a consisting of a forward conductor and a return conductor L N network 10. In the network 10 there is a consumer 11 , which is housed in a grounded housing 12 . The forward and return conductor is guided as a primary winding by a toroidal core converter 13 , which further also has a secondary winding 14 which is connected to a trigger designed as a piezo element 15 .

Der Auslöser 15 ist in bevorzugter Weise als streifenför­ miges Element ausgebildet, welches gemäß den strichlier­ ten Linien 16 auf ein Schaltschloß 17 einwirkt, so daß dieses entklinkt wird und in dem Netz befindliche Kon­ taktstellen 18 und 19 öffnen kann.The trigger 15 is preferably formed as a streifenför shaped element, which acts according to the strichlier th lines 16 on a key switch 17 so that it is released and contact points in the network 18 and 19 can open Kon.

Wenn aufgrund eines Fehlerstromes IF in der Sekundärwick­ lung 14 ein Strom induziert wird, wird der als Aktuator ausgebildete Auslöser 15 ausgelenkt, das Schaltschloß entklinkt und die Kontaktstellen 18, 19 geöffnet.If a current is induced in the secondary winding 14 due to a fault current I F , the trigger 15 designed as an actuator is deflected, the switching mechanism is released and the contact points 18 , 19 are opened.

Voraussetzung hierfür ist, daß die Betriebsspannung für den Auslöser 15 ausreicht; sie muß ca. 50 Volt betragen. Darüber hinaus soll auch die Auslenkung des Auslösers zur direkten Wirkung auf das Schaltschloß ausreichend groß werden wobei die Kraft zum Öffnen des Schaltwerkes auch genügt. Zur Anpassung an die erreichbare Aktuatorauslen­ kung werden die Schaltwerksdaten wie Verklinkungsweg und Verklinkungskraft optimiert, wobei ein kleiner Verklin­ kungsweg und eine höhere Verklinkungskraft erreicht wer­ den muß. In spezieller Weise ist es sinnvoll, in den Se­ kundärkreis eine Spannungsverdopplerschaltung einzuset­ zen, um zu einer ausreichend hohen Betriebsspannung zu gelangen. Derartige Spannungsverdopplerschaltungen sind allgemein bekannt.The prerequisite for this is that the operating voltage for the trigger 15 is sufficient; it must be approximately 50 volts. In addition, the deflection of the trigger for direct action on the switch lock should be sufficiently large, the force for opening the switching mechanism also being sufficient. To adapt to the achievable Aktuatorauslen kung the switching data such as Verklinkungsweg and Verklinkungskraft are optimized, with a small Verklin kungsweg and a higher Verklinkungskraft reached who must. In a special way, it makes sense to use a voltage doubler circuit in the secondary circuit in order to achieve a sufficiently high operating voltage. Such voltage doubler circuits are generally known.

Wenn die durch den Wandler erzeugte sekundärseitige Span­ nung nicht ausreicht, kann eine Ausführung eingesetzt werden, wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist. Die Se­ kundärwicklung ist dabei mit einem vorzugsweise perma­ nentmagnetisch vorgespannten Relais verbunden. Von der Netzleitung L (Hinleitung L) führt ein Leitungszug 21 zur Erde, in dem ein Schalter 22 und ein dem Element 15 ent­ sprechendes Element 23 eingeschaltet ist. Im Normalfall, wenn kein Fehlerstrom ansteht, ist der Schalter 22 geöff­ net. Wenn nun aufgrund einer Differenz zwischen dem Strom im Hinleiter und Rückleiter an der Sekundärwicklung 14 ein sekundärseitiges Signal ansteht, wird das Relais 20 betätigt und der Schalter 22 geschlossen. Dadurch steht an dem Element 23, der ein Streifen- oder Schiebenbieger sein kann, Netzspannung an, was in jedem Fall ausreicht, eine geeignete Auslenkung des Elementes 23 zur Entklin­ kung des Schaltschlosses 17 zu erzielen. Der Schalter 22 kann auch ein Thyristor sein, dessen Gate am Relais 20 angeschlossen ist.If the secondary voltage generated by the converter is not sufficient, an embodiment can be used as shown in FIG. 2. The secondary winding is connected to a preferably permanently magnetically biased relay. From the power line L (outgoing line L) leads a line 21 to earth, in which a switch 22 and an element 15 speaking element 23 is turned on. In the normal case, when there is no fault current, the switch 22 is open. If a secondary signal is present on the secondary winding 14 due to a difference between the current in the outgoing conductor and return conductor, the relay 20 is actuated and the switch 22 is closed. As a result, mains voltage is present on the element 23 , which can be a strip or slide bender, which is sufficient in any case to achieve a suitable deflection of the element 23 for declining the switching mechanism 17 . The switch 22 can also be a thyristor, the gate of which is connected to the relay 20 .

Das Piezoelement 15 ist ein Kondensator, der zur Auslö­ sung aufgeladen wird. Nach jedem Auslenkungsvorgang muß das Piezoelement entladen werden. Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung, wie dies erfolgen könnte.The piezo element 15 is a capacitor which is charged for the solution. The piezo element must be discharged after each deflection process. Fig. 1 shows an arrangement such as this could be done.

Das Piezoelement 15 ist mit der Sekundärwicklung 14 über Anschlußstellen 30 und 31 verbunden. An den Anschluß­ stellen 30 und 31 ist ein Entladekreis 32 angeschlossen, in dem sich ein Schaltelement 33 befindet. Mit anderen Worten: das Schaltelement 33 ist elektrisch parallel zu den Anschlußstellen 30 und 31 geschaltet. Wenn das Schaltschloß 17 entklinkt wird, dann wirkt der Entklin­ kungsvorgang auch auf das Schaltelement 33, so daß dieses beim Ausschalten geschlossen wird. Dadurch wird eine Ent­ ladung des Piezoelementes 15 bewirkt.The piezo element 15 is connected to the secondary winding 14 via connection points 30 and 31 . At the connection point 30 and 31 , a discharge circuit 32 is connected, in which a switching element 33 is located. In other words: the switching element 33 is electrically connected in parallel to the connection points 30 and 31 . If the switching lock 17 is released, then the declining effect also acts on the switching element 33 , so that it is closed when switching off. This causes a discharge of the piezo element 15 .

Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, an dem Schalt­ element 17 ein Kuppelelement vorzusehen, welches das Schaltelement 33 beim Schließen der Kontaktstellen 18, 19, also beim Einschalten des Fehlerstromschutzschalters, schließt und so eine Entladung des Piezoelementes 15 be­ wirkt. There is of course also the possibility of providing a coupling element on the switching element 17 which closes the switching element 33 when the contact points 18 , 19 are closed , that is to say when the residual current circuit breaker is switched on, and thus a discharge of the piezo element 15 acts.

Der Entladungskreis ist natürlich auch bei dem Piezoele­ ment 23 der Fig. 2 vorzusehen.The discharge circuit is of course also to be provided in the piezo element 23 of FIG. 2.

Das Piezoelement 23 ist mit einem Ende an Erdpotential angeschlossen. Ein Fehlerstromschutzschalter wird in ei­ ner Installationsanlage auf einer Hutprofilschiene aufge­ schnappt; diese Hutprofilschiene kann als Erdpotential dienen, und da nur das Spannungspotential anliegen muß, ist ein derart "hochohmiger Anschluß" ausreichend.The piezo element 23 is connected at one end to ground potential. A residual current circuit breaker is snapped onto a top-hat rail in an installation system; this top-hat rail can serve as earth potential, and since only the voltage potential has to be present, such a "high-resistance connection" is sufficient.

Claims (4)

1. Fehlerstromschutzschalter mit wenigstens einem Hin- und Rückleiter, die die Primärwicklungen für einen Summenstromwandler bilden, wobei dessen Sekundärwicklung bei Auftreten eines Fehlerstromes in den Hin- und Rück­ leitern ein Signal abgibt, das einen Auslöser ansteuert, der die Verklinkungsstelle eines Schaltschlosses ent­ klinkt, wodurch in den Hin- und Rückleitern befindliche Kontaktstellen geöffnet werden, dadurch gekennzeichnet daß der Auslöser ein Element aus einem elektrostriktiven Material aufweist, dessen eines Ende ortsfest im Schalter festgelegt ist und dessen sich bei einem Signal auslen­ kendes anderes Ende auf die Verklinkungsstelle einwirkt.1. Residual current circuit breaker with at least one forward and return conductor, which form the primary windings for a summation current transformer, the secondary winding of which, when a fault current occurs in the forward and return conductors, emits a signal that triggers a trigger that unlatches the latching point of a switch lock whereby contact points located in the forward and return conductors are opened, characterized in that the trigger has an element made of an electrostrictive material, one end of which is fixed in the switch and whose other end acts upon a signal deflecting other end on the latching point. 2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Element ein einseitig ein­ gespannter Biegestreifen oder Scheibenbieger oder ein sich linear auslenkender Aktuator ist, dessen freies Ende auf die Verklinkungsstelle einwirkt.2. Residual current circuit breaker according to claim 1, there characterized in that the element is a one-sided tensioned bending strip or disc bender or a linearly deflecting actuator is the free end acts on the interlocking point. 3. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprü­ che 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser einen vom sekundärseitigen Signal ansteuerbaren Schalter aufweist, der sich in einem von einem Hinleiter zum Ele­ ment und von dort zur Erde führenden Leitungszug befin­ det, dergestalt, daß bei Auftreten des sekundärseitigen Signales der Schalter geschlossen wird und Netzspannung dem Element zuführt.3. Residual current circuit breaker according to one of the claims che 1 and 2, characterized in that the trigger a switch controllable by the secondary signal has, which in one of a ladder to the Ele ment and from there the cable run leading to earth det, such that when the secondary side occurs Signals the switch is closed and mains voltage feeds the element. 4. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser (23) so dimensioniert ist, daß er erst ab einer bestimm­ ten, zulässigen Berührungsspannung anspricht.4. Residual current circuit breaker according to one of Ansprü che 1 to 3, characterized in that the trigger ( 23 ) is dimensioned so that it responds only from a determined, permissible contact voltage.
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DE4443520A1 (en) * 1994-12-07 1996-06-13 Abb Patent Gmbh Fault-current circuit breaker

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