DE69015639T2

DE69015639T2 - Fehlerstromschutzschalter.

Info

Publication number: DE69015639T2
Application number: DE69015639T
Authority: DE
Inventors: Oliver Glennon; Liam Kenny
Original assignee: Square D Co
Current assignee: Schneider Electric USA Inc
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-05-18
Also published as: CA2064027A1; FI920196A0; EP0483164B1; CA2064027C; US4933801A; EP0483164A1; FI105213B; JPH05501045A; DE69015639D1; WO1991018438A1; EP0483164A4

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Erdschlußleistungstrenner.

Hintergrund der Erfindung

Existierende Erdschlußleistungstrenner sind generell recht effektiv bei der Unterbrechung einer Leitung oder Leistungszuführung als Reaktion auf einen Erdschluß (manchmal auch schleichender Erdschluß genannt). Viele dieser Leistungstrenner arbeiten nach dem Prinzip der Feststellung einer Stromunausgeglichenheit zwischen Phase und Nulleiter. Diese Unausgeglichenheit bewirkt, daß in der Sekundarwicklung eines Differenzialtransformators ein Strom fließt. Wenn die Sekundarwicklung leitet, wird ein Leistungstrenner durch einen Auslösestromkreis aktiviert, der die Leistungszuführung unterbricht.
Ein Problem mit einem solchen Leistungstrenner ist, daß der Leistungsschalter generell nicht unter Strom gesetzt werden kann, wenn der Nulleiter unterbrochen ist. Das kann auftreten, wenn ein Nulleiter durch Vibrieren gelockert wurde, oder wenn eine Schraube oder Drahtklemme bei der Installierung nicht richtig angezogen wurde. Als Alternative könnte der Nulleiter hinter dem Leistungstrenner unterbrochen werden. Unter solchen Umstanden könnte das Fehlen eines Erdschlußschutzes geüahrlich sein.
In dem Bestreben, dieses Problem zu überwinden, wurden Erdschlußleistungstrenner geschaffen, die Stromkreise beinhalten, welche eine Unterbrechung des Nulleiters feststellen. Beispiele solcher Leistungstrenner sind im Patent der Vereinigten Staaten Nr. 4,598,331 (Legatti) und in der europäischen Patentspezifizierung Nr. 154,450 (Delta) gegeben. Diese Leistungstrenner arbeiten nach dem Prinzip, daß die Leitung oder Leistungszuführung sofort bei Feststellung eines unterbrochenen Nulleiters unterbrochen wird. Im Fall von Legatti wird eine zwischen dem Nulleiter und dem Erdleiter angeschlossene Zusatzwicklung bei dem Wegfall des Nulleiters leitend und aktiviert dadurch einen Auslösestromkreis für einen Leistungsschalter. Im Leistungstrenner von Delta sind Null- und Erdleiter durch einer Zener-Diode, die so eingestellt ist, daß sie bei der Überschreitung eines bestimmten Spannungsniveaus zwischen diesen Leitungen, was auf einen Wegfall des Nulleiters hinweist, durchschlägt, miteinander verbunden. Wenn dies der Fall ist, wird ein Leistungsschalter ausgelöst.
Diese Leistungstrenner scheinen zufriedenstellend zu sein, wenn eine Unterbrechung des Gerätes beim Wegfall des Nulleiters gewünscht wird, sie sind jedoch nicht geeignet, wenn die Kontinuität des Betriebes wichtig ist und es nur notwendig ist, im Fall eines Erdschlußes auch weiterhin Schutz zu gewahrleisten, ob der Nulleiter unterbrochen ist oder nicht.
Das Patent Nr. 2,000,398 im Vereinigten Königreich beschreibt einen Erdschlußleistungstrenner, der im Falle eines Wegfalls des Nulleiters einen kontinuierlichen Schutz bietet. Dies wird durch Anschluß einer Leistungsversorgung im Leistungstrenner an Erde, zusätzlich zu den Leistungszuführungs- und Nulleiteranschlüssen etreicht, sodaß beim Wegfall des Nulleiters die Erdleitung die Funktion des Nulleiters übernimmt. Bei dieser Anordnung wird jedoch vorausgesetzt, daß in der Erdverbindung ein Kriechstrom auftritt. Wenn mehrere solche Leistungstrenner in derselben Schaltung angeschlossen sind, könnten diese Erdkriechströme zusammen ausreichend sein, die Auslösung anderer Erdschlußleistungstrenner zu bewirken.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird ein Erdschlußleistungstrenner geschaffen, der in einem System mit einer Leistungszuführung, Null- und Erdleitern zwischen einer Energiequelle und einem Belastungswiderstand eingesetzt wird, wobei der genannte Leistungstrenner folgendes aufweist: eine Erdschlußerfassungsschaltung; einen Erdschlußauslösestromkreis, der mit der genannten Erdschlußerfassungsschaltung verbunden ist; einen Leistungstrenner, der durch den genannten Erdschlußauslösestromkreis betrieben wird; einen Erregerkreis für den genannten Leistungstrenner, der einen Voilwellen-Brückengleichrichter, dessen Eingang mit der Leistungszuführung und dem Neutralleiter verbunden ist, welcher positive und negative Ausgangsanschlüsse besitzt, aufweist; und durch einen Reservegleichrichter gekennzeichnet ist, dessen Eingang an die Leistungszuführung und die Erdleitung angeschlossen ist, und der eine erste Diode und zweite Diode umfaßt, wobei die Anode der ersten Diode mit dem negativen Anschluß des genannten Vollwellen-Brückengleichrichters und die Kathode mit der Anode der zweiten Diode verbunden ist, deren Kathode an den positiven Anschluß des genannten Vollwellen-Brückengleichrichters angeschlossen ist; und durch eine Blockierungseinrichtung, die an die Kathode der genannten ersten Diode angeschlossen ist, damit der Erregerstrom des Leistungstrenners nur über die Erde abfließen kann, wenn der Nulleiter unterbrochen ist.

Aufgaben der Erfindung

Die vorliegende Erfindung soll dazu dienen, einen Erdschlußleistungstrenner zu schaffen, der beim Wegfall des Nulleiters einen Erdschlußschutz bietet, ohne daß sich Erdkriechströme bilden können.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, in einem Leistungstrenner im Falles eines Wegfalls des Nulleiters, eine kontinuierliche Vollwellen-Gleichrichtung von Wechselstrom auf Gleichstrom zu schaffen.
Diese und andere Merkmale, Vorteile und Aufgaben der Erfindung können mit Hilfe der folgenden Beschreibung einer ihrer Darstellungen, nur anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung, besser verstanden werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 ist ein Schaltbild eines Leistungstrenners gemaß der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im Einzelnen

In der Zeichnung ist ein Erdschlußleistungstrenner gemaß der Erfindung illustriert, der allgemein mit der Nummer 1 gekennzeichnet ist. Der Leistungstrenner 1 enthält eine Leistungszuführung 2, einen Nulleiter 3 und eine Erdleitung 4. Ein Vollwellen- Brückengleichrichter 5, der die Dioden D1 bis D4 umfaßt, ist mit dem Eingang zwischen der Leistungszuführung 2 und dem Nulleiter 3 angeschlossen und beinhaltet eine positive Ausgangsleitung 6 und eine negative Ausgangsleitung 7 zum Anschluß an einen Belastungswiderstand (nicht gezeigt).
Der Leistungstrenner 1 umfaßt weiterhin einen Erdschlußerfassungsstromkreis, der aus einem Differentialtransformator T1, in welchem die Leistungszuführung und der Nulleiter, 2 und 3, als Primargegenwicklungen (in denen entgegengesetzte Ströme fließen) fungieren, besteht. Eine Sekundarwicklung 10 des Differentialtransformators T1 ist an einen Auslösestromkreis 11 (durch gestrichelte Linien gekennzeichnet) angeschlossen. Es handelt sich um einen herkömmlichen Auslösestromkreis 11, welcher in Kürze einen Widerstand R6 umfaßt, der parallel mit der Sekundarwicklung 10 verbunden ist und den Eingang eines Verstarkers U1 überbrückt. Leistung für den Verstärker U1 wird über eine Leitung 8 übertragen, die einen mit der positiven Leistung 6 des Brückengleichrichters 5 verbundenen Widerstand R5 besitzt.
Ein zwischen der Leistungszuführung 2 und dem Brückengleichrichter 5 angeschlossenen Solenoid T2 und ein gesteuerter Siliciumgleichrichter Q1, der den Ausgang des Brückengleichrichters 5 überbrückt, bilden zusammen einen Leistungsschalter, der so angeordnet ist, daß er die Leistungszuführung sowie den Neutralleiter, 3 und 2, unterbricht. Das Gate des gesteuerten Siliciumgleichrichters Q1 ist an den Verstärker U1 angeschlossen. Ein Erregerkreis wird, abhängig davon ob der Nulleiter unterbrochen ist oder nicht, entweder über die Erde oder den Nulleiter geschlossen. Der herkömmliche Erregerkreis kommt unter normalen Bedingungen, wenn der Nulleiter nicht unterbrochen ist, durch den Solenoid T2, die Diode D4, die positive Leitung 6 des Brückengleichrichters, den gesteuerten Siliciumgleichrichter Q1 und die Diode D2 zum Nulleiter 3. Der Erregerkreis umfaßt jedoch weiterhin Blockierungseinrichtungen, die durch zwei im Gegentaict angeordneten und zwischen der negativen Leitung 7 des Brückengleichrichters 5 und der Erdleitung 4 angeschlossenen Zener-Dioden D7 und D8 gebildet werden. Die Zener- Dioden D7 und D8 sind in Reihe mit ihren Anoden verbunden. Der Betrieb des Leistungsschalters unter Bedingungen eines unterbrochenen Nulleiters ist unten beschrieben.
Der Leistungstrenner umfaßt ebenfalls einen Reservegleichrichterschaltung, die von den Dioden D5 und D6 gebildet wird. Die Anode der Diode D5 ist mit der negativen Leitung 7 verbunden, und die Kathode ist an die Kathode der Zener-Diode D7 sowie an die Anode der Diode D6 angeschlossen. Die Kathode der Diode D6 ist wiederum mit der positiven Leitung 6 des Brückengleichrichters 5 verbunden.
Wenn im Betrieb ein Erdschluß auftritt, ohne daß der Nulleiter unterbrochen ist, entsteht über den Widerstand R6 des Erdschlußauslösestromkreises 11 eine Spannung, wodurch sich die Ausgangsleistung des Verstarkers U1 erhöht und somit den gesteuerten Siliciumgleichrichter QI in Betrieb setzt. Wenn dies passiert, wird der Ausgang des Brückengleichrichters 5 durch den gesteuerten Siliciumgleichrichter Q1 demzufolge kurzgeschlossen, und ein Erregerkreis für den gesteuerten Siliciumgleichrichter wird über die Diode D2 des Brückengleichrichters 5 zum Nulleiter 3 geschlossen, sodaß der Solenoid T2 aktiviert wird und die Leistungszuführung und den Nulleiter unterbricht.
Wenn bei der Unterbrechung des Nulleiters 3 ein Erdschluß auftritt, sind die Dioden D2 und D3 des Brückengleichrichters 5 außer Betrieb gesetzt. Der Brückengleichrichter wird jedoch durch die Dioden DI und D4 und die Reservegleichrichterdioden D5 und D6, welche einen neuen Vollwellen-Gleichrichter mit Leistungszuführungs- und Erdleitereingängen bilden, ergänzt. Da der Nulleiter unterbrochen ist, wird der Erregerkreis für den gesteuerten Siliciumgleichrichter Q1 und den Solenoid T2 durch die Zener-Dioden D7 und D8 (die passende Werte der Durchschlagspannung haben) an Erde ergänzt.
Es wurde festgestellt, daß die Zener-Dioden D7 und D8 bei normalem Betrieb Erdkriechströme verhindern. Für einen einzelnen Leistungstrenner waren solche Kriechströme ziemlich schwach, etwa um den Wert von mehreren Zehnereinheiten Milliampere. Der Anschluß mehrerer solcher Leistungstrenner in derselben Schaltung könnte jedoch dazu führen, daß ein Erdschluß woanders erfaßt würde, wenn die Zener- Dioden D7 und D8 nicht vorhanden wären.
Man wird es sicher zu schätzen wissen, daß der Leistungstrenner in dieser Erfindung in einer einfachen und kostensparenden Weise einen kontinuierlichen Erdschlußschutz im Falle eines Wegfalls des Nulleiters bietet, da er zusätzlich zu einem herkömmlichen Erdschlußleistungstrenner nur vier Dioden benötigt. Diese zusätzlichen Dioden ermöglichen eine kontinuierliche Vol lwellen-Gleichrichtung beim Wegfall des Nulleiters und verhindern damit, daß die Schaltungen oder Geräte, die über den Leistungstrenner versorgt werden, Schaden leiden, während sie gleichzeitig das Auftreten schwacher Erdkriechströme verhindern.
Verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen können an der beschriebenen Einrichtung vorgenommen werden, ohne von den in den anhängenden Patentansprüchen definierten Ausführungen der Erfindung abzuweichen.
Es ist vorstellbar, daß der Reservegleichrichter nur eine einzige diode enthält, zum Beispiel Diode D5, wenn beim Wegfall des Nulleiters nur eine Halbwellen-Gleichrichtung erforderlich ist. ln diesem Fall waren zwei Blockierungsdioden nicht notwendig, und in diesem Beispiel wäre die Zener-Diode D7 ausreichend.

Claims

1. Ein Erdschlußleistungstrenner 91) zum Einsatz in einem System, das eine Leistungszuführung (2), einen Nulleiter (3) und eine Erdleitung (4) zwischen einer Energiequelle und einem Belastungswiderstand besitzt, wobei der genannte Leistungstrenner (1) folgendes umfaßt:

eine Erdschlußerfassungsschaltung (T1);

einen Erdschlußauslösestromkreis (11), der mit der genannten Erdschlußerfassungsschaltung (1) in Verbindung steht;

einen Leistungsschalter (T2), der durch den genannten Erdschlußauslösestromkreis (11) betrieben wird;

einen Erregerkreis für den genannten Leistungsschalter (T2), der einen Vollwellen- Brückengleichrichter (5) besitzt, dessen Eingang an die Leistungszuführung (2) und den Nulleiter (3) angeschlossen ist, und der einen positiven und einen negativen Ausgangsanschluß besitzt; gekennzeichnet durch

eine Reservegleichrichterschaltung, die einen Eingang an die Leistungszuführung (2) und die Erdleitung (4) angeschlossen hat, und die eine erste Diode (D5) und eine zweite Diode (D6) beinhaltet, wobei die Anode der ersten Diode (D5) mit dem negativen Anschluß des genannten Vollwellen-Gleichrichters (5) verbunden ist, und die Kathode an die Anode der zweiten Diode (D6) angeschlossen ist, deren Kathode mit dem positiven Anschluß des genannten Vollwellen-Gleichrichters (5) verbunden ist; sowie

eine Blockierungseinrichtung (D7, D8), die an die Kathode der genannten ersten Diode (D5) angeschlossen ist, um es dem Erregerstrom des Leistungsschalters zu ermöglichen, nur bei Unterbrechung des Nulleiters (3) über die Erde abzufließen.

2. Ein Erdschlußleistungstrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Blockierungseinrichtung eine Zener-Diode (D7), die zwischen der genannten Erdleitung (4) und dem genannten Leistungsschalter (T2) angeschlossen ist, aufweist.

3. Ein Erdschlußleistungstrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Blockierungseinrichtung zwei Gegentakt-Zener-Dioden (D7, D8), die in Reihe zwischen den genannten Leistungsschalter (T2) und die Erdleitung (4) angeschlossen sind, aufweist.

4. Ein Erdschlußleistungstrenner nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Leistungsschalter einen Solenoid (T2), der in Reihe mit einem gesteuerten Siliciumgleichrichter (Q1) verbunden ist, aufweist.

5. Ein Erdschlußleistungstrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Solenoid (T2) zwischen der Leistungszuführung (2) und dem genannten Vollwellen- Gleichrichter (5) angeschlossen ist und der gesteuerte Siliciumgleichrichter (Q1) an den Ausgang des genannten Vollwellen-Gleichrichters (5).

6. Ein Erdschlußleistungstrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Erdschlußerfassungsstromkreis einen Differentialtransformator (T1), der zwei Primargegenwicklungen und Sekundarwicklungen (10) besitzt, die mit dem Auslösestromkreis (11) für den Betrieb des genannten Leistungsschalters (T2) bei Erfassung eines Stromflußes in der Sekundarwicklung (10) verbunden ist, aufweist.