DE809681C

DE809681C - Fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: DE809681C
Application number: DEP55456A
Authority: DE
Inventors: Cornelius Weise
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-09-21
Filing date: 1949-09-21
Publication date: 1951-08-02

Description

Fehlerstromschutzschalter Durch Isolationsfehler in elektrischen Anlagen können Fehlerströme entstehen, die trotz vorschriftsmäßiger Leitungssicherungen das Leben von Menschen und Tieren gefährden oder zu Bränden führen. Deshalb sind schon seit vielen Jahren Schutzschalter entwickelt und hergestellt worden, die beim Auftreten von Fehlerströmen die Anlage abschalten. Sie beruhen entweder auf der Verwendung einer besonderen Schutzleitung, sogenannter Trennschutzschalter, mit dem Nachteid des Versagens, sobald die Schutzleitung selbst Erdschluß bekommt, oder auf dem Einbau eines Relais oder Wandlers mit Differenzwicklungen, sogenannte Differential- oder. Differenzschutzschalter.
Die letzteren sind durch die Verwendung von Spezialwicklungen und hochempfindlichen polarisierten Relais in der Herstellung sehr teuer und im Gebrauch empfindlich und unzuverlässig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bisher bekannten Konstruktionen zu vermeiden und eine Konstruktion zu schaffen, die sich preiswert herstellen läßt, gegen Überlastungen und Überspannungen unempfindlich ist und auch noch nach jahrelangem Einbau zuverlässig arbeitet. Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf den Schenkeln eines unmagnetischen hufeisenförmigen Eisenkerns angebrachte Differenzwicklungen im Falle eines Fehlerstromes einen zwischen den Schenkeln des Eisenkerns angeordneten Drehanker derart bewegen, daß durch die Bewegung die Auslösung eines Selbstschalters bekannter Konstruktion bewirkt wird. Im fehlerfreien Zustande der Anlage wird der Drehanker in bestimmter Lage gehalten.
Die Verwendung eines Drehankers ergibt ein elektromagnetisches System, dessen Empfindlichkeit durch sehr kleine und gleichbleibende Luftspalte und durch einen großen Eisenquerschnitt sehr hoch getrieben werden kann und das weit einfacher und zuverlässiger ist als ein polarisiertes Relais. Der Verzicht auf einen getrennten Differenzwandler, auch Summenstromwandler genannt, der beim polarisierten Relais unerläßlich ist, ergibt einen größeren Wirkungsgrad und geringere Herstellungskosten durch Fortfall eines Eisenkernes, der Sekundärspule des Wandlers und der Auslösespule. Außerdem ermöglicht die Erfindung die Verwendung des Fehlerstromschutzschalters für Gleichstrom.
Die Wicklungen der einzelnen Phasen (Strombahnen) sind auf getrennten Spulen untergebracht. Dadurch können normale Leitungsdrähte mit schwacher Isolation verwendet werden, zumal der Spannungsunterschied zwischen neben- oder übereinaiiderliegenden Windungen sehr gering ist. Um eine völlig gleichmäßige Wirkung der Strombahnen auf den Drehanker zu erreichen, sind diese in je zwei oder mehrere Spulen unterteilt, die so auf den Schenkeln angeordnet sind, daß die Summe der Eisenwege zwischen Spulen und Drehanker für jede Strombahn gleich wird. Die zusammengehörigen Spulen können nach Bedarf in Reibe oder parallel geschaltet werden. Diese Art der Wicklung hat gegenüber den bisher vorgeschlagenen und verwendeten gebündelten Wicklungen bei Differenzschutzschaltern den Vorzug der Billigkeit, besonders bei den dort verwendeten ringförmigen Wandlerkernen, und der größeren Sicherheit beim Auftreten von Überspannungen und Überströmen.
Zur Steigerung der Ansprechempfindlichkeit kann der Drehanker zu Beginn seiner Schaltbewegung einen Hilfskontakt schließen, der einen starken künstlichen Fehlerstrom durch eine einseitige Belastung der Differenzwicklungen fließen läßt. Die hierdurch verstärkte und fortgesetzte Bewegung des Drehankers löst dann den Mechanismus des Ausschalters aus.
Um die Empfindlichkeit in besonderen Fällen noch weiter zu steigern, kann der Eisenkern zusätzlich mit einer Vormagnetisierungsspule versehen werden, die bei sehr hoher Windungszahl von einem schwachen Strom durchflossen wird. Dadurch wird eine Vormagnetisierung erreicht, die schon bei einem sehr geringen Fehlerstrom zur Drehbewegung des Ankers und damit zur Auslösung des Schalters führt.
In mehrphasigen Wechselstromnetzen würde eine derartige Vormagnetisierungsspule der Magnetisierung durch einen Fehlerstrom entgegenwirken, falls dieser von einer anderen Phase fließt als der für die Vormagnetisierung verwendeten. Dieser Übelstand wird durch die Einschaltung eines Gleichrichters behoben, der den Vormagnetisierungsstrom nur in einer Richtung fließen läßt. Das so entstandene magnetische Gleichfeld wird durch Fehlerströme in jeder Phase während der Hälfte einer Periode so verstärkt, daß der Drehanker den Schalter auslöst.
Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung für zwei Strombahnen schematisch dargestellt. Zwischen den Schenkeln eines aus Dynamoblechen zusammengesetzten U-förmigen Eisenkerns i ist ein Anker 2 aus dem gleichen Material um die Achse 3 drehbar gelagert. Der Anker 2 wird im Ruhezustand durch die Zugfeder ,4 aus dem Magnetfeld herausgedreht. Auf dem Eisenkern i sitzen die Differenzspulen 5, 6, 7 und B. Sie sind paarweise hintereinandergeschaltet (5 mit 7, 6 mit 8) und werden bei einwandfreiem Zustand der Isolation im Verbrauchernetz so vom Verbrauchstrom durchflossen, daß sich die elektromagnetischen Kräfte aufheben. Sobald durch das Fließen eines Fehlerstromes eine Unsymmetrie der beiden Strombahnen entsteht, wirkt ein Magnetflüß auf den Anker 2, der ihn und das Gestänge i i bei ausreichender Stärke in Pfeilrichtung bewegt. Dadurch sciilielsen sich die Kontakte 9, so daß das Spulenpaar 5, 7 über den Widerstand io vom Netzstrom durchflossen wird. Infolgedessen dreht sich der Anker 2 weiter in Pfeilrichtung, drückt mit dem Gestänge i i auf die Auslöseklinke 12 und gibt den Schalter 13 frei, der durch die Zugfeder 14 in die Ausschaltstellung gezogen wird.
Durch Betätigung der Prüftaste 15 können die Kontakte 9 geschlossen werden, wenn man sich vom einwandfreien Arbeiten des Schalters überzeugen will.
Falls die Auslösung durch einen noch kleineren Fehlerstrom erforderlich ist, wird der Eisenkern i mit einer Vormagnetisierungsspule 16 versehen, die über den Schalter 13 und die Verbindungsleitungen 17 und 18 Netzspannung erhält und so bemessen ist, daß der Anker 2 durch den entstehenden Magnetfluß sich gerade zu drehen beginnt. Eine geringe Verstärkung des Magnetflusses durch einen Fehlerstrom bewirkt dann die Auslösung in der oben geschilderten Weise.
In einem mehrphasigen Wechselstromnetz erhält die Vormagnetisierungsspule 16 aus den oben erläuterten Gründen Gleichspannung über den Trockengleichrichter i9, der in bekannter Weise über die gestrichelt gezeichneten Leitungen mit dem Netz und der Vormagnetisierungsspule 16 verbunden ist. Die Verbindungsleitungen 17 und 18 fallen hierbei fort.

Claims

PATEN T A N S P R Ü C H E i. Fehlerstromschutzschalter mit elektromagnetischer Auslösung, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Schenkeln eines hufeisenförmigen unmagnetischen Eisenkerns angebrachte Differenzwicklungen einen zwischen den Schenkeln des Eisenkerns angeordneten Drehanker, der im fehlerfreien Zustand der zu schifitzenden Anlage in einer bestimmten Lage gehalten wird, im Falle eines Fehlerstromes derart bewegen, daß durch diese Bewegung die Auslösung des Schalters bewirkt oder eingeleitet wird.
2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch f, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzwicklungen durch zwei- oder mehrfache Unter- teilurig jeder Wicklung so auf dem Eisenkern verteilt sind, daß sie sich in ihrer elektro- magnetischen Wirkung auf den Anker aus- gleichen, solange kein Fehlerstrom fließt. 3. Felilerstronischutzschalter nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den I >i-elianker zunächst ein Hilfskontakt ge- schlossen wird, der einen künstlichen stärkeren I,'elilerstrom herbeiführt, durch den die einge- leitete Ankerbewegung verstärkt und der Scli;ilter ausgelöst wird.

4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei geschlossenem Schalter ständig von einem schwachen Strom durchflossene Zusatzspule den Eisenkern so weit vormagnetisiert, daß sclicn ein schwacher' Fehlerstrom zur Auslösung des Schalters führt. 5. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch i, 2 und d, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorniagnetisierungsspule auch in Wechselstromnetzen mit Gleichstrom betrieben wird.