DE862635C

DE862635C - Electric circuit breaker with fault current release

Info

Publication number: DE862635C
Application number: DEM9225A
Authority: DE
Original assignee: GEORG MUNDERLOH
Current assignee: GEORG MUNDERLOH
Priority date: 1951-04-18
Filing date: 1951-04-18
Publication date: 1953-01-12

Description

Elektrischer Selbstschalter mit Fehlerstromauslösung Es sind zahlreiche Konstruktionen elektrischer Selbstschalter mit Fehlerstrotnauslösung unter der Bezeichnung Differentialschutzschalter, Differenzschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter bekanntgeworden, die auf dem Prinzip der Summenstromwirkung beruhen. Die Massenfertigung dieser Konstruktionen scheiterte bisher stets an der Höhe der Herstellungskosten, da sie bei großem Materialaufwand eine Herstellungsgenauigkeit -erforderten, wie sie nur bei den besten Meßinstrumenten üblich ist.Electric circuit breaker with residual current release There are numerous Constructions of electrical circuit breakers with fault tripping under the designation Differential circuit breaker, differential circuit breaker or residual current circuit breaker became known, which are based on the principle of the summation current effect. The mass production These constructions have so far always failed due to the amount of the manufacturing costs, because they required manufacturing accuracy with a large amount of material, such as it is common only to the best measuring instruments.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gesetzt, einen Selbstschalter mit Fehlerstromauslösung zu entwickeln, dessen Herstellungskosten die Verwendung auch in kleineren elektrischen Hausanlagen gestatten. Die Lösung dieser Aufgabe wird darin gesehen, daß ein elektrischer Selbstschalter, dessen Hauptteile nach bekannten Selbstschalterkonstruktionen ausgeführt sein können, mit einer Auslöseeinrichtung versehen wird, die aus einem Elektromagneten mit Anker besteht, der beim Einschalten des S elbstschalters durch einen kurzzeitigen Erregerstrom angezogen wird, durch den remanenten Magnetismus oder einen sehr schwachen Haltestrom angezogen bleibt, beim Auftreten eines Fehlerstromes abfällt und hierbei unmittelbar den Mechanismus des Selbstschalters auslöst.The invention has set itself the task of developing a circuit breaker with fault current release, the production costs of which allow use in smaller electrical house systems. The solution of this problem is seen in that an electrical circuit breaker, whose main parts can be carried out according to known auto switch constructions, is provided with a tripping device which consists of an electromagnet with armature which is elbstschalters tightened when turning on the S by a brief excitation current, by the remanent magnetism or a very weak holding current remains attracted, drops when a fault current occurs and thereby immediately triggers the mechanism of the self-switch.

Die Erfindung vermeidet also im Gegensatz zu bekannten Konstruktionen die Verwendung von permanenten Magneten, Drehspulen, Relais und ähnlichen zeitlichen Veränderungen unterworfenen oder schwer herstellbaren und empfindlichen Konstruktiofiseleinenten. An deren Stelle tritt ein Elektromagnet mit Spule und Anker, dessen Funktionen vorstehend umrissen sind.The invention thus avoids in contrast to known constructions the use of permanent magnets, moving coils, relays and similar temporal Constructive elements that are subject to changes or are difficult to manufacture and are sensitive. At whose place is an electromagnet with coil and armature, whose functions are above are outlined.

Während der Anker in -bezug auf Form und Lagerung nach bekannten Konstruktionen ausgeführt wird, kann die Elektromagnetspule in verichiedenartiger Weise mit Wicklungen versehen werden. In rYrebstroinnetzei,1 und in Wechselstromanlagen mit größeren Stromstärken wird man die den Hauptstrom führenden, zur Fehlerstromauslösung erforderlichen Differenzwindungen zweckmäßigerweise in die Form eines Summenstromwandlers bringen, dessen Sekundärwicklung den Auslösestrom liefert und der in bekannter Weise als Ringwandler, Durchsteckwandler oder in einer anderen Form ausgeführt sein kann. Bei der Verwendung eines derartigen Summenstromwandlers kann der Elektromagnet mit einer gemeinsamen Wicklung für den Erreger-, Halte- und Auslösestrom versehen sein, es kann aber bei großen Unterschieden der für die einzelnen Funktionen zur Verfügung stehenden Stromstärken und Spannungen zweckmäßiger sein, den Elektromagneten mit zwei verschiedenen Wicklungen für Erreger- und Haltestrom einerseits und den Auslösestrom andererseits oder mit drei verschiedenen Wicklungen für diese drei Stromkreise auszustatten. Die Wicklungen können auch untereinander verbunden sein, so daß z. B. für die Erregung - alle Windungen, für den Haltestrom etwas weniger und für dig Atislösung nur wenige Windungen eingeschaltet sind.While the armature is designed according to known constructions in terms of shape and storage, the electromagnetic coil can be provided with windings in various ways. In rYrebstroinnetzei, 1 and in alternating current systems with larger currents, the differential windings carrying the main current and required for fault current tripping are expediently brought into the form of a summation current transformer, the secondary winding of which supplies the tripping current and which is designed in a known manner as a ring transformer, through-going transformer or in another form can. When using such a summation current transformer, the electromagnet can be provided with a common winding for the excitation, holding and tripping currents, but it may be more useful if there are large differences in the currents and voltages available for the individual functions, the electromagnet with two different ones Equip windings for excitation and holding current on the one hand and the tripping current on the other hand or with three different windings for these three circuits. The windings can also be connected to one another, so that, for. B. for the excitation - all turns are switched on, for the holding current a little less and for dig Atislösung only a few turns.

In allen diesen Fällen wird der jeweils benötigte Stromkreis durch einen besonderen Umschalter hergestellt. Die Bewegung dieses Umschalters kann durch das Betätigungs- oder das Schaltorgan des Selbstschalters oder durch den Anker des Elektromagneten erfolgen.In all of these cases, the required circuit is through made a special switch. Movement of this toggle can go through the actuating or switching element of the self-switch or by the armature of the Electromagnet done.

Erfahrungsgemäß ist es vorteilhaft, den Elektromagneten mit Gleichstrom zu erregenund auch einen etwa erforderlichen Haltestrom als Gleichstrom fließen zu lassen. Das geschieht am einfachsten durch Einfügung eines Gleichrichters, z. B. Trockengleichrichters, in diese Stromkreise.Experience has shown that it is advantageous to run the electromagnet with direct current and any holding current required to flow as direct current allow. The easiest way to do this is to insert a rectifier, e.g. B. dry rectifier, in these circuits.

Die Differenzwicklungen können auch unmittelbar auf dem Kern der Magnetspule angebracht werden. Dadurch wird in kleineren Wechselstromanlagen der Summenstromwandler entbehrlich, und der Fehlerstromschalter wird auch in Gleichstromnetzen verwendbar. Ähnlich wie bei der Verwendung eines Summenstromwandlers können auch bei dieser Ausführung die Differenzwicklungen ganz oder teilweise zum Erregen und Halten des Ankers benutzt werden, orckir es kann eine zusätzliche Wicklung für diesen Zweck angebracht werden. Die jeweils für die Erregung, Ankerhaltung und Auslösung benötigten Stromkreise werden auch hier durch besondere Umschalter hergestellt, die durch den Anker des Elektromagneten oder durch Teile des eigentlichen Selbstschalters betätigt werden.The differential windings can also be placed directly on the core of the magnet coil be attached. This is the summation current transformer in smaller AC systems dispensable, and the residual current switch can also be used in direct current networks. Similar to the use of a summation current transformer, this Execution of the differential windings in whole or in part to excite and hold the Anchor can be used, orckir there can be an additional winding for this purpose be attached. The respectively required for excitation, anchor holding and release Circuits are also created here by special changeover switches that are activated by the Armature of the electromagnet or actuated by parts of the actual circuit breaker will.

Die Zeichnung stellt beispielsweise Ausführungsfor'n'ie'n# dek- Selbstschalters mit Fehlerstromauslösung nach der Erfindung schematisch dar. Abb. i zeigt einen Fehlerstromschalter mit Summenstromwandler und vom Anker des Elektromagneten gesteuertem Umschalter in Einschaltstellung, Abb. ?- einen Fehlerstromschalter mit Differenzwicklungen auf dem Magnetkern und vom Schaltorgan des Selbstschalters gesteuertem Umschalter in Ausschaltstellting.The drawing shows, for example, Ausführungsfor'n'ie'n # DEK- automatic circuit-breaker with fault-current tripping according to the invention diagrammatically Figure i shows an error current switch summation current transformer and the armature of the electromagnet controlled switch is in ON position, Fig. -..? A fault current switch with differential windings the magnetic core and the switch controlled by the switching element of the self-switch in switch-off position.

In Abb. i ist das Schaltorgan i über das Kniehebelgelenk 2 durch den DruckknOPf 3 eingeschaltet worden. Dadurch sind die Eingangsleitungen R, S, T, 0 über -die Kontakte 4, 5, 6, 7 und tdie Verbindungsleituligen 8, 9, 1 o, i i mit den Abgangsleitungen U, V, W, 0 verbunden, Die Verbindungsleitungen 8, 9, 1 o, i i sind durch den Summenstromwandler 12 geführt, dessen Sekundärwicklung 13 einerseits mit dem Auslösekontakt 1,4, andererseits mit ider Spulenanzapfung- 15 verbunden iust. Während der Anker 16 des Elektromagneten 17 am Polschuh 18 klebt, hat der Auslösekontakt 14 Verbindung mit dem vom Anker 16 betätigten Hilfskontakt ig, der mit dem Spulenanfang:2o verbunden ist. Tritt in der an U, V, W, 0 angeschlossenen Anlage ein Fehlerstrom in unerwünschter Stärke auf, dann fließt ein Strom von der Sekundärwicklung 13 zur Spule 15-20, der den durch die Remanenz des Elektromagneten 17 gehaltenen Anker 16 freigibt, so daß die Ankerfeder :21 über den Auslösebolzen 22, das Kniehebelgelenk:2 durchdrückt und das Schaltorgan i ausgeschaltet wird. Gleichzeitig legt der Anker 16 den Hilfskontakt ig gegen den Erregerkontakt 2,3, der über den Gleichrichter,-94 Verbindung mit der Leitung T hat. jetzt fließt ein pulsierender Gleichstrom über den Hilfskontakt ig, Spulenanfang 2o, Spulenende -95 zur Leitung 0 und bringt den Anker 16 zum Anziehen, so daß er die Kontakte ig und:23 wieder trennt und infolge der Remanenz am Polschuh ig klebenbleibt. Durch die Betätigung des DruckknOPfcs 3 kann der Selbstschalter nun wieder eingeschaltet werden.In Fig. I, the switching element i has been switched on via the toggle joint 2 by the push button 3 . As a result, the input lines R, S, T, 0 are connected to the outgoing lines U, V, W, 0 via the contacts 4, 5, 6, 7 and t the connecting lines 8, 9, 1 o, ii, the connecting lines 8, 9 , 1 o, ii are passed through the summation current transformer 12, the secondary winding 13 of which is connected on the one hand to the trip contact 1, 4 and on the other hand to the coil tap 15. While the armature 16 of the electromagnet 17 sticks to the pole shoe 18, the release contact 14 is connected to the auxiliary contact ig actuated by the armature 16, which is connected to the coil start: 2o. If a fault current occurs in the system connected to U, V, W, 0 in an undesirable strength, then a current flows from the secondary winding 1 3 to the coil 15-20, which releases the armature 16 held by the remanence of the electromagnet 17, so that the armature spring: 21 via the release bolt 22, the toggle joint: 2 pushes through and the switching element i is switched off. Simultaneously, the anchor 16 places the auxiliary contact strength against the exciter contact 2.3, which has the rectifier -94 communication with the conduit T. Now a pulsating direct current flows through the auxiliary contact ig, coil start 2o, coil end -95 to line 0 and causes armature 16 to attract, so that it separates contacts ig and: 23 again and sticks to the pole piece ig due to the remanence. The automatic switch can now be switched on again by pressing the pushbutton 3.

Wenn der Selbstschalter besonders erschütterungssicher sein soll, ist es zweckmäßig, die Remanenz des Elektromagneten 17 durch einen schwachen Hilfsstrom zu unterstützen, der im dargestellten Beispiel durch die Anordnung des Widerstandes 26 zur überbrückung der Kontakte ig und -23 gewonnen wird. Der zur Erregung verwendete pulsierende Gleichstrom fließt also nach dem Wiederanziehen des Ankers 16 weiter, allerdings in wesentlich geringerer Stärke.If the circuit breaker is to be particularly shock-proof, it is useful to support the remanence of the electromagnet 17 by a weak auxiliary current, which is obtained in the example shown by the arrangement of the resistor 26 for bridging the contacts ig and -23 . The pulsating direct current used for excitation therefore continues to flow after the armature 16 has been tightened again, albeit at a much lower level.

Der in Abb. 2 beispielsweise dargestellte Selbstschalter mit Fehlerstromauslösung ist für ein Gleichstromnetz gedacht. Auch hier wird das Schaltorgan i über das Kniehebelgelenk 2 durch den Druckknopf 3 eingeschaltet. Während der Einschaltbewegung werden die Wischkontakte 27, 28 und 29 kurzzeitig geschlossen. Sie verursachen einen Stromfluß von derPlus-Eingangsleitung über Wischkontakt :29, Vorwiderstand 30, Differenzwicklung 34 Wischkontakt 27, Differenzwicklung 3:2, Wischkontakt:28 zur Minus-Eingangsleitung. Die Differenzwicklungen 31 und 3:2 werden hierbei von einem durch den Vorwiderstand 3o begrenzten Strom so durchflossen, daß sie den Elektromagneten 17 im gleichenSinne magnetisieren; im dargestellten Beispiel erzeugen beide Differenzwicklungen während der Erregung einen magnetischen Südpol im Polschuh 18. Der Anker 16 wird angezogen und bleibt infolge der Remanenz am Polschuh 18 kleben, so daß der Auslösebolzen:22 das Kniehebelgelenk:2 für die weitere Einschaltbewegung freigibt. jetzt werden die Kontakte 4 und 5 geschlossen, und der Strom kann von der Plus-Eingangsleitung über den Kontakt 4, die Differenzwicklung 3 1 und die Ausgangsleitung 8 zu dem Verbraucher fließen und von dort über die Ausgangsleitung 9, die Differenzwicklung 32 und den Kontakt 5 zur Minus-Eingangsleitung zurück. Da die Differenzwicklungen 31 und 32 hierbei im entgegengesetzten Sinne durchflossen werden, erfolgt keine Einwirkung auf den Elektromagneten 17. Wird nun ein Verbraucher in der Anlage in der Weise schadhaft, daß ein Fehlerstrom vom Pluspol über das metallene Gehäuse des Gerätes zur Erde fließt (der Minuspol sei mit dieser verbunden), so wird das Gleichgewicht der Differenzwicklungen 31 und 32 gestört. Durch die Differenzwicklung 32 fließt ein geringerer Strom als durch die Differenzwicklung 31, so daß diese nunmehr im Polschuh 18 einen magnetischen N#ordpol erzeugt und dadurch den Anker 16 freigibt, der unter der Wirkung der Ankerfeder:2 i den Auslösebolzen gegen das Kniehebelgelenk:2 drückt und dadurch den Schalter auslöst.The circuit breaker with residual current release shown in Fig. 2, for example, is intended for a direct current network. Here, too, the switching element i is switched on via the toggle joint 2 by the push button 3 . During the switch-on movement, the wiper contacts 27, 28 and 29 are briefly closed. They cause a current to flow from the plus input line via wiper contact: 29, series resistor 30, differential winding 34 wiper contact 27, differential winding 3: 2, wiper contact: 28 to the minus input line. The differential windings 31 and 3: 2 have a current limited by the series resistor 3o flowing through them in such a way that they magnetize the electromagnet 17 in the same sense; In the example shown, both differential windings generate a magnetic south pole in the pole shoe 18 during excitation. The armature 16 is attracted and remains stuck to the pole shoe 18 due to the remanence, so that the release bolt: 22 releases the toggle joint: 2 for the further closing movement. Now the contacts 4 and 5 are closed and the current can flow from the positive input line via the contact 4, the differential winding 3 1 and the output line 8 to the consumer and from there via the output line 9, the differential winding 32 and the contact 5 back to the minus input line. Since the differential windings 31 and 32 are flowed through in the opposite direction, there is no effect on the electromagnet 17. If a consumer in the system is now damaged in such a way that a fault current flows from the positive pole through the metal housing of the device to earth (the negative pole be connected to this), the equilibrium of the differential windings 31 and 32 is disturbed. A lower current flows through the differential winding 32 than through the differential winding 31, so that it now generates a magnetic north pole in the pole piece 18 and thereby releases the armature 16, which under the action of the armature spring: 2 i the release pin against the toggle joint: 2 presses and thereby triggers the switch.

Selbstverständlich ist es auch bei dieser Ausführungsform möglich, die Erregung durch eine besondere Wicklung und bei Verwendung für Wechselstrom über einen Gleichrichter erfolgen zu lassen. Ebenso kann man, wie bei dem Selbstschalter nach Abb. i, die Remanenz durch einen Haltestroln unterstützen, der beispielsweise durch die Einschaltung eines Widerstandes gewonnen werden kann.Of course, it is also possible in this embodiment the excitation through a special winding and when used for alternating current over to have a rectifier done. You can also, as with the automatic switch according to Fig. i, support the remanence by a holding strip, for example can be obtained by switching on a resistor.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electrical circuit breaker with fault current release, characterized in that the triggering device of the circuit breaker consists of an electromagnet with armature, which is attracted by a brief excitation current before or when the circuit breaker is switched on, remains attracted by the residual magnetism or a very weak half-current when a fault current occurs drops and this immediately triggers the mechanism of the self-switch. : 2. Circuit breaker according to claim i for three-phase or alternating current, characterized in that the tripping current is taken from the secondary winding of a summation current transformer. 3. Circuit breaker according to claim i and: 2, characterized in that the electromagnet is provided with a common winding for: the excitation, holding and tripping current. 4. Circuit breaker according to claim i and: 2, characterized in that the electromagnet is provided with two different windings for excitation and holding current on the one hand and the tripping current and, -, rersi, -its, which can be electrically separated from one another or connected to one another. 5. Circuit breaker according to claim i and 2, characterized in that the electromagnet is provided with three different windings for excitation, holding and tripping current, which can be electrically separated from one another or connected to one another. 6. Circuit breaker according to claim i for direct and alternating current, characterized in that the electromagnet is directly provided with differential windings. 7. circuit breaker according to claim i and 6, characterized in that the differential windings are also used to excite and hold the armature. 8. Automatic switch according to claim i and 6, characterized in that the electromagnet carries additional windings for the excitation and / or holding current in addition to the differential windings. G. Circuit breaker according to claims i and 2 or i and 6, characterized in that the excitation takes place with direct current which is obtained by a rectifier placed in the excitation circuit. ok Circuit breaker according to Claims i and 2 or i and 6, characterized in that the magnetic remanence holding the armature is supported by a direct current which is obtained by a rectifier placed in the holding circuit. i i. Automatic switch according to claims i and 2 or i and 6, characterized in that the changeover switch for the excitation, holding and tripping circuits is moved by the actuating or switching element of the automatic switch. 12. Circuit breaker according to claim i and: 2 or i and 6, characterized in that the changeover switch for the excitation, holding and tripping circuits is actuated by the armature of the electromagnet.