EP0006903A1 - Fehlerstromschutzschalter, der auf Gleichstromfehlerströme beider Polarität anspricht - Google Patents

Fehlerstromschutzschalter, der auf Gleichstromfehlerströme beider Polarität anspricht

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EP0006903A1
EP0006903A1 EP78900105A EP78900105A EP0006903A1 EP 0006903 A1 EP0006903 A1 EP 0006903A1 EP 78900105 A EP78900105 A EP 78900105A EP 78900105 A EP78900105 A EP 78900105A EP 0006903 A1 EP0006903 A1 EP 0006903A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
core
trigger
circuit breaker
residual current
current circuit
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Withdrawn
Application number
EP78900105A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicolas Gath
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Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0006903A1 publication Critical patent/EP0006903A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/14—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by imbalance of two or more currents or voltages, e.g. for differential protection
    • H01H83/144—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by imbalance of two or more currents or voltages, e.g. for differential protection with differential transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/33—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers
    • H02H3/332—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers with means responsive to dc component in the fault current

Definitions

  • Residual current circuit breaker that responds to direct current residual currents of both polarities
  • the invention relates to a residual current circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • the fault current is determined in that the operating current-carrying conductors are wound as coils over the core of a summation current transformer. If a fault current flows, which consists of alternating current, an alternating current is produced in a secondary coil, which is conducted through the coil of the magnetic system of the release device containing a permanent magnet. The flooding generated thereby reduces the induction flux generated by the permanent magnet and thus the attraction force on the armature of the trigger. The armature is released, it drops out, whereby the residual current circuit breaker switches off by means of a switch lock.
  • Residual current circuit breakers which operate according to the blocking magnet principle and which respond to direct current residual currents in both directions. However, it is disadvantageous that the generally desired high sensitivity is not achieved with a conventional design size.
  • the invention is based on the object of developing a fault current circuit breaker of high sensitivity which can also respond to smooth direct current fault currents of both polarities and manages with only one trigger.
  • the described task is solved in that the core crosses the induction flux conductor of the trigger.
  • a fault current whether it is a direct current or an alternating current
  • Such a magnetic system makes it possible to manage with a single interlinking between the core and conductors carrying operating current, that is to say without several turns of the magnetic core or the conductors.
  • the core crosses the induction flow conductor of the trigger at right angles in space.
  • the river can also be passed through an intersection zone which forms a recess which is perpendicular to the part of the core which is in the vicinity of the intersection zone and to the part of the induction flow conductor which is in the vicinity of the intersection zone.
  • the recess can be diamond-shaped.
  • the fault current protection switch can be designed as follows: the induction flow conductor of the release is provided in its leg a recess between the crossing zone and the contact surface of the anchor, the imaginary axis of which is essentially perpendicular to a plane spanned by the leg and the core in the crossing zone. Windings are placed in the same direction around the remaining leg parts and are connected to one another at the ends. In such an electrical ring conductor, penetrating magnetic lines of force induce a magnetic ring field which counteracts the penetration.
  • the core can be made tubular and between its transitions to the crossing zone outside these three openings, one in the middle at the end of the tube.
  • These insert conductors in the shape of an eight and connect them to an AC generator.
  • the core can also be solidly formed from magnetically and electrically conductive material.
  • an AC source connects one pole to the core on both sides next to the crossing zone and the other pole leads to a connection point which is spaced apart from the crossing zone, preferably at the same distance from the other connection points.
  • the core laminated from magnetically and electrically conductive material. This reduces eddy current losses in a known manner.
  • Figures 1 and 2 is illustrated how to suppress the remanence at a leakage current in FIG. 2 by an alternating current ⁇ • in FIG. 1. ann.
  • FIG. 5 The basic structure of a residual current circuit breaker is shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a specially designed crossing zone for an embodiment of a residual current circuit breaker constructed in principle according to FIG. 3.
  • FIG. 5 shows the front view of the magnetic system of a residual current circuit breaker with the core shown broken off.
  • FIG. 7 shows the magnetic system according to FIG. 6 in a side view.
  • FIG. 8 shows a residual current circuit breaker with a simplified core.
  • FIG. 9 a core with special precautions for suppressing the remanence is shown in a structure according to FIG. 8.
  • FIG. 10 shows a residual current circuit breaker with a basic structure according to FIG. 3, the core of which, however, is provided with measures to suppress the remanence.
  • FIG. 11 shows a residual current circuit breaker according to a further embodiment and for suppressing the remanence.
  • the magnetic system 1 of the trigger consists of a core 6 and an induction flow conductor 7 with the armature 8. 15
  • the induction flow conductor 7 consists in particular of a crossing 9, a leg part 10, the armature 8, a leg 11, a leg 12 and one Leg part 13.
  • a permanent magnet 14 is arranged on the leg 12.
  • the core 6 is linked to the operating current-carrying conductors 5, specifically denoted L1, L2, L3 and N. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the core 6 forms an additional turn 15.
  • the core 6 made of magnetically conductive material can be wound in several turns around the operational
  • current-carrying conductor 5 may be led around, in order to increase the magne ⁇ tables voltage 'or, in the simplest case, a total enclose in an embodiment according to FIG. 8, the operating current-carrying conductor 5, only one annular.
  • Core 6 and induction flux conductor 7 of the magnetic system 1 are spatially perpendicular to one another in the exemplary embodiment in the crossing zone 9.
  • a is generated in the core 6 induced magnetic flux, which is perpendicular in the crossing zone 9 on the magnetic flux originating from the permanent magnet 14.
  • a magnetic flux emanates from the permanent magnet 14 and runs back to the leg 12 through the leg 11, the armature 8, the leg part 10, the crossing zone 9, the leg part 13.
  • the portion of the flux of the permanent magnet 14 which is guided through the crossing zone 9 is more or less prevented depending on the strength of the magnetic flux in the core 6, since the magnetic resistance increases as a result of the beginning of saturation in the crossing zone 9.
  • the magnetic resistance increases in the crossing zone 9 to such an extent that the induction flow guided by the permanent magnet 14 via the armature 8 is weakened in such a way that the armature 8 releases and the switch lock 3 opens the contacts 4 of the residual current circuit breaker and switches off a consumer from the operating current-carrying conductors 5.
  • FIGS. 6 and 7 illustrate the intersection zone 9 with two views offset by 90.
  • the reference symbols correspond to those according to FIG. 3. If a direct current fault current rises extremely quickly from zero to a very high value, it could be that part of the lines of force or lines of magnetic induction 61 generated by this fault current according to FIG. 6 from the core 6 via the induction flux conductor 7 to the armature 8 reach. In order to ensure that the armature 8 still fall off and the residual current circuit breaker can respond, the leg part 10 according to FIG. 4 can be designed such that between the crossing zone 9 and the contact surface 45 of the armature a recess is formed.
  • the imaginary axis of this recess is essentially perpendicular to a plane which is spanned by the leg 10 and the core 6 in the crossing zone 9.
  • the windings 40 and 42 are placed around both remaining leg parts 41 and 43 and are connected to one another at the ends, as can be seen in detail in FIG. 4.
  • a magnetic field that builds up in one leg part, e.g. B. 41, is oriented towards the anchor, meanwhile in the other leg part, for. B. 43-cutting zone without intersections to '9 is aligned calls in the coils 40, 42 produces such a current that counteracts a indringenden Magnet ⁇ field.
  • the crossing zone 9 of the magnetic system 1 of the trigger is diamond-shaped in the plane of the core 6 and the induction flux conductor 7. As a result, the magnetic flux in the crossing zone is guided in the leg parts 54, 55, 57 and 56.
  • the core 6 is linked to the operating current-carrying conductors 5 in a single turn.
  • the core is in principle tubular, in the exemplary embodiment it has a box-shaped hollow profile. Between its transitions to the intersection zone 9, outside of these three openings 91, 92 and 93 are formed. An opening 92 and 93 is at the tube end and an opening 91 formed in the middle. Conductors 95 in the form of an eight are inserted through the openings and connected to an AC generator 94.
  • Such an arrangement can be achieved, for example, by inserting a conductor 95 from generator 94 from the tube end through opening 93, leading it out through opening 91, guiding it along the outside of the anchor wall and reinserting it at the other tube end through opening 92 into the tubular core . The conductor is then led out again through the central opening 91 and led back along the outer tube wall to approximately the end of the tube at the opening 93 and with the other connection at the alternating connection. Power generator 94 connected. -
  • Pipe part is induced. A disturbing current in the longitudinal direction of the tube therefore does not occur. Understandably, the conductor 95 is with respect to the. To electrically isolate the wall of the tubular core 6. The ring-shaped magnetic field around the conductor 95 guided in the interior of the tubular core 6 reduces the remanence in the core 6.
  • the core 6 according to FIG. 10 can also be made of magnetic
  • connection point 101 which is spaced apart from the intersection zone 9 at approximately the same distance from the other connection points 102, 103.
  • the alternating current used to suppress the remanence h-interleaves a certain remanence after its decay.
  • this cannot simulate a fault current, since its component in the longitudinal direction of the induction conductor is zero.
  • the residual current circuit breaker monitors only single-phase alternating current
  • the residual current according to FIG. 2 is normally only shifted by a small angle against the operating current. Then the circuit can easily be constructed in such a way that the current destroying the remanence according to FIG. 1 reaches its peak when the fault current according to FIG. 2 passes through the value zero, as is the case with a 1 and 2 can be seen together.
  • a high permeability of the core is particularly important so that a strong induction flow is generated across the crossing zone 9. Since then the current destroying the remanence according to FIG.
  • the core 6 can also be laminated according to FIG. 11 from magnetically and electrically conductive material, the individual lamellae being electrically insulated from one another, as is customary, for example, in transformer sheets.
  • an alternating current source 94 has a pole connected to the core on both sides at 112 and 113 next to the crossing zone 9 and the other pole to a connection point 111. This is outside the intersection zone 9 and at approximately the same distance from the other connection points 112 and 113.
  • the contact points at the connection points 112, 113 and 111 are designed such that they make electrical contact with the slats 116, 117 and 118.
  • a structure according to FIG. 11 effectively represents a magnetic system with several crossing zones - one crossing zone per lamella 116, 117 or 118 -.
  • a structure according to FIG. 3 or FIG. 8 one can also use two ⁇ form a spatially distant intersection zone. 5
  • the lines of the magnetic induction flow to the armature that is to say in the induction flow conductor 7, and the lines of the induction flow 5 originating from the fault current are led parallel or antiparallel to one another, but they follow each other in a crossing zone 3, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 really cross.

Landscapes

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  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)
  • Breakers (AREA)

Description

N. Gath ' Mein Zeichen
Luxemburg ' VPA 77 P 8579 PCT
Fehlerstromschutzschalter, der auf Gleichstromfehler- ströme beider Polarität anspricht
Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstromschutz- Schalter nach Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei den bisher üblichen Fehlerstromschutzschaltern wird der Feh¬ lerstrom dadurch festgestellt, daß die betriebsstromfüh¬ renden Leiter als Spulen über den Kern eines Summenstrom- wandlers gewickelt sind. Falls ein Fehlerstrom fließt, der aus Wechselstrom besteht, wird in einer Sekundärspule ein Wechselstrom hervorgerufen, der durch die Spule des einen Dauermagneten enthaltenden magnetischen System des Auslösers geleitet wird. Die dabei erzeugte Durchflutung vermindert den vom Dauermagneten erzeugten Induktions- fluß und damit die Anziehungskraft auf den Anker des Aus¬ lösers. Der Anker wird freigegeben, er fällt ab, wodurch mittels eines Schaltschlosses der Fehlerstromschutzschal¬ ter abschaltet.
Wenn jedoch ein aus Gleichstrom bestehender Fehlerstrom flie-ßt, so wird dieser vom Wandler herkömmlicher Art nicht übertrafen u die Abschaltv.r. ~ unterbleibt. Es ist an anderer Stelle schon ein Fehlerstromschutzschalter vor¬ geschlagen worden (Luxemburg 78.012 vom 22.8.1977), dessen betriebsstromführende Leiter mit einem Kern verkettet sind, dessen magnetischer Induktionsfluß im Fehlerfall das An- sprechen eines Auslösers bewirkt, indem ein Anker des Aus¬ lösers bei Oberlagerung eines Dauermagnetfeldes mit einem vom Fehlerstrom bewirkten Magnetfeld vom magnetischen Sy¬ stem des Auslösers abfällt. Das besondere des bereits vor¬ geschlagenen Fehlerstromschutzschalters ist darin zu se- hen, daß der Kern seinerseits in mehreren Windungen die betriebsstromführenden Leiter umschließt und daß der Kern Teil des magnetischen Systems des Auslösers ist. Ein sol- — eher Fehlerstromschutzschalter kann bei Gleichstrom einer bestimmten Richtung ansprechen, da auch ein Gleichstrom- fehlerstrom im magnetischen System des Auslösers einen Magnetfluß erzeugen kann.
Es sind auch Fehlerstromschutzschalter bekannt, die nach dem Sperrmagnetprinzip arbeiten und auf Gleichstromfehler- ströme beider Richtungen ansprechen. Nachteilig ist je¬ doch, daß bei üblicher Ausführungsgroße die allgemein ge¬ wünschte hohe Empfindlichkeit nicht erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fehler- Stromschutzschalter hoher Empfindlichkeit zu entwickeln, der auch auf glatte Gleichstromfehlerströme beider Polari¬ tät ansprechen kann und mit lediglich einem Auslöser aus¬ kommt.
Die Lösung der geschilderten Aufgabe erfolgt dadurch, daß der Kern den Induktionsflußleiter des Auslösers kreuzt. Im Fall eines Fehlerstroms, ob es sich nun um einen Gleich¬ strom oder um einen Wechselstrom handelt, steigt der magnetische Widerstand in der Kreuzungszone, so daß der Anker abfallen kann. Ein solches magnetisches System er¬ möglicht es, daß man mit einer einzigen Verkettung zwi¬ schen Kern und betriebsstromführenden Leitern, also ohne mehrere Windungen des Magnetkerns oder der Leiter, aus¬ kommt.
_.
Insbesondere ist es vorteilhaft, daß der Kern den Induk¬ tionsflußleiter des Auslösers räumlich rechtwinklig kreuzt..
Man kann den Fluß auch durch eine Kreuzungszone führen, welche eine Ausnehmung bildet, die senkrecht zu dem in der Nähe der Kreuzungszone liegenden Teil des Kerns und zu dem in der Nähe der Kreuzungszone befindlichen Teil des In¬ duktionsflußleiters ist. Die Ausnehmung kann rautenförmig ausgebildet sein.
Um zu vermeiden, daß bei einem sehr schnell auf hohe.Werte ansteigendem Gleichstromfehlerstrom ein Teil der dadurch im Kern induzierten Kraftlinien in den Magnetflußleiter mit dem Auslöser gelangen, kann man den Fehlerstromschutz¬ schalter folgendermaßen ausbilden: Der Induktionsflu߬ leiter des Auslösers erhält in seinem Schenkel zwischen Kreuzungszone und Auflagefläche des Ankers eine Ausneh¬ mung, deren gedachte Achse im wesentlichen auf einer Ebene senkrecht steht, die vom Schenkel und dem Kern in der Kreuzungszone aufgespannt ist. Um die verbleibenden Schen¬ kelteile sind Windungen gleichsinnig gelegt und endständig miteinander verbunden. In einem solchen elektrischen Ring¬ leiter induzieren eindringende magnetische Kraftlinien ein magnetisches Ringfeld, das dem Eindringen entgegen¬ wirkt.
-BUREA T OMPI Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Remanenz im magneti¬ schen System zu unterdrücken, um einen gleichbleibenden Arbeitspunkt für das Ansprechen des Auslösers sicherzu- stellen:
Man kann den Kern im Prinzip rohrförmig ausbilden und zwischen seinen Übergängen zur Kreuzungszone außerhalb dieser drei Öffnungen ausbilden, je eine am Rohrende eine mittig. Durch diese werden Leiter in Form einer Acht ein- gelegt und an einen Wechselstromgenerator angeschlossen.
Man kann den Kern auch massiv aus magnetisch und elek¬ trisch leitendem Material bilden. Von einer Wechselstrom¬ quelle wird hierbei ein Pol am Kern beiderseits neben der Kreuzungszone angeschlossen und der andere Pol zu einer Anschlußstelle geführt, die zur Kreuzungszone außerhalb dieser vorzugsweise mit gleicher Entfernung zu den an¬ deren Anschlußstellen beabstandet ist.
Es ist auch möglich, den Kern lamelliert aus magnetisch und elektrisch leitendem Material zu bilden. Hierdurch werden Wirbelstromverluste in bekannter Weise vermindert. Um die Remenanz zu vermindern, kann man zusätzlich von einer Wechselstromquelle einen- Pol am Kern beiderseits neben der Kreuzungszone anschließen und den anderen Pol zu einer Anschlußstelle führen, die zur Kreuzungszone außerhalb dieser vorzugsweise mit gleicher Entfernung zu den anderen Anschlußstellen beabstandet ist.
Die Erfindung soll anhand von in der Zeichnung teils grob schematisch, teils perspektivisch dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispielen näher erläutert werden: - 5 -
In den Figuren 1 und 2 ist veranschaulicht, wie man bei einem Fehlerstrom nach Fig. 2 durch einen Wechselstrom ■ • nach Fig. 1 die Remanenz unterdrücken. ann.
5 In Fig. 3 ist der grundsätzliche Aufbau eines Fehlerstrom¬ schutzschalters wiedergegeben.
In Fig. 4 ist ein besonders ausgebildeter Schenkel des In¬ duktionsflußleiters des Auslösers dargestellt. 0
In Fig. 5 ist eine besonders ausgebildete Kreuzungszone für eine Ausgestaltung eines im Prinzip nach Fig. 3 auf¬ gebauten Fehlerstromschutzschalters wiedergegeben.
5 In Fig. 6 ist die Stirnansicht des magnetischen Systems eines Fehlerstromschutzschalters bei abgebrochen darge¬ stelltem Kern wiedergegeben.
In Fig. 7 ist das magnetische System nach Fig. 6 in Sei- 0 tenansicht dargestellt.
Fig. 8 zeigt einen Fehlerstromschutzschalter mit verein¬ facht ausgebildetem Kern.
5 In Fig. 9 ist bei einem Aufbau nach Fig. 8 ein Kern mit besonderen Vorkehrungen zur Unterdrückung der Remanenz wiedergegeben.
In Fig. 10 ist ein Fehlerstromschutzschalter bei prin- 0 zipiellem Aufbau nach Fig. 3 dargestellt, dessen Kern jedoch mit Vorkehrungen zur Unterdrückung der Remanenz versehen ist. In.Fig. 11 ist ein Fehlerstromschutzschalter nach einer weiteren Ausgestaltung und zur Unterdrückung der Remanenz dargestellt.
5 Der Fehlerstromschutzschalter nach Fig. 3 weist ein mag¬ netisches System 1 eines Auslösers auf, das ein Schalt¬ schloß 3 mit den Kontakten 4 in betriebsstromführenden Leitern 5 entklinken kann. Kopplungsglieder bekannter Art zwischen Anker 8 und Schaltschloß 3 sind mit 2 bezeichnet. 10 Die betriebsstromführenden Leiter sind im einzelnen mit L1 , L2, L3 und N bezeichnet.
Das magnetische System 1 des Auslösers besteht aus einem Kern 6 und einem Induktionsflußleiter 7 mit dem Anker 8. 15 Der Induktionsflußleiter 7 besteht im einzelnen aus einer Kreuzungs one 9, einem Schenkelteil 10, dem Anker 8, einem Schenkel 11, einem Schenkel 12 und einem Schenkelteil 13. Am Schenkel 12 ist ein Dauermagnet 14 angeordnet.
20 Der Kern 6 ist mit den betriebsstromführenden Leitern 5, im einzelnen L1 , L2, L3 und N bezeichnet, verkettet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bildet der Kern 6 eine zusätzliche Windung 15. Der Kern 6 aus magnetisch leiten¬ dem Material kann in mehreren Windungen um die betriebs-
25. stromführenden Leiter 5 herumgeführt sein, um die magne¬ tische Spannung zu erhöhen, ' oder im einfachsten Fall in einer Ausbildung nach Fig. 8 die betriebsstromführenden Leiter 5 insgesamt nur einmal ringförmig umschließen.
0 Kern 6 und Induktionsflußleiter 7 des magnetischen Systems 1 stehen im Ausführungsbeispiel in der Kreuzungszone 9 räumlich aufeinander senkrecht. Bei einem Gleichstrom¬ fehlerstrom beliebiger Polarität, wird im Kern 6 ein magnetischer Fluß induziert, der in der Kreuzungszone 9 auf dem vom Dauermagneten 14 herrührenden magnetischen Fluß senkrecht steht. Vom Dauermagnet 14 geht ein magne- tischer Fluß aus, der durch den Schenkel 11, den Anker 8, das Schenkelteil 10, die Kreuzungszone 9, das Schenkel¬ teil 13 zurück zum Schenkel 12 verläuft. Der durch die Kreuzungszone 9 geführte Anteil des Flusses des Dauer¬ magneten 14 wird in Abhängigkeit von der Stärke des mag¬ netischen Flusses im Kern 6 mehr oder weniger unterbunden, da sich der magnetische Widerstand infolge beginnender Sättigung in der Kreuzungszone 9 erhöht.
Fließt ein Fehlerstrom, der im Kern 6 einen ausreichend starken Induktionsfluß hervorruft, so steigt in der Kreu- zungszone 9 der magnetische Widerstand so weit, daß der vom Dauermagneten 14 über den Anker 8 geführte Induktions¬ fluß so geschwächt wird, daß sich der Anker 8 löst und das Schaltschloß 3 die Kontakte 4 des Fehlerstromschutzschalters öffnet und einen Verbraucher von den betriebsstromführen- den Leitern 5 abschaltet.
In den Figuren 6 und 7 ist die Kreuzungszone 9 bei zwei um 90 versetzten Ansichten veranschaulicht. Die Bezugszei¬ chen stimmen mit denen nach Fig. 3 überein. Falls ein Gleichstromfehlerstrom vom Wert Null aus extrem schnell auf einen sehr hohen Wert ansteigt, könnte es sein, daß ei Teil der von diesem Fehlerstrom erzeugten Kraftlinien, bzw. Linien magnetischer Induktion 61 nach Fig. 6 vom Kern 6 über den Induktionsflußleiter 7 zum Anker 8 gelangen. Um sicherzustellen, daß der Anker 8 trotzdem abfallen und der Fehlerstromschutzschalter ansprechen kann, kann man den Schenkelteil 10 entsprechend Fig. 4 so ausbilden, daß zwischen Kreuzungszone 9 und Auflagefläche 45 des Ankers eine Ausnehmung gebildet wird. Die gedachte Achse dieser Ausnehmung steht im wesentlichen auf einer Ebene senkrecht, die vom Schenkel 10 und dem Kern 6 in der Kreuzungszone 9 aufgespannt wird. Um beide verbleibenden Schenkelteile 41 und 43 sind die Windungen 40 und 42 gelegt und endständig miteinander verbunden, wie aus Fig. 4 im einzelnen zu er¬ sehen ist. Ein sich aufbauendes Magnetfeld, das in dem einen Schenkelteil, z. B. 41, zum Anker hin ausgerichtet ist, indessen im anderen Schenkelteil, z. B. 43 zur Kreu- zungszone'9 ausgerichtet ist, ruft in den Spulen 40, 42 einen solchen Strom hervor, der einer indringenden Magnet¬ feld entgegenwirkt.
Die Kreuzungszone 9 des magnetischen Systems 1 des Auslö- sers ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 in der Ebene von Kern 6 und Induktionsflußleiter 7 rautenförmig ausge¬ bildet. Dadurch wird der magnetische Fluß in der Kreuzungs¬ zone in den Schenkelteilen 54, 55, 57 und 56 geführt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist der Kern 6 mit den betriebsstromführenden Leitern 5 in einer einzigen Win¬ dung verkettet.
Im folgenden sollen Maßnahmen zur Verminderung der Rema- nenz im Kern 6 beschrieben werden:
Bei einem Fehlerstromschutzschalter nach Fig. 9, dessen Aufbau im wesentlichen dem nach Fig. 8 entspricht, ist der Kern im Prinzip rohrförmig ausgebildet - im Ausführungs- beispiel weist er ein kastenförmiges Hohlprofil auf. Zwi¬ schen seinen Übergängen zur Kreuzungszone 9 sind außer¬ halb dieser drei Öffnungen 91, 92 und 93 ausgebildet. Je eine Öffnung 92 und 93 ist am Rohrende und eine Öffnung 91 mittig ausgebildet. Durch die Öffnungen sind Leiter 95 in Form einer Acht eingelegt und an einem Wechselstrom¬ generator 94 angeschlossen.
Eine solche Anordnung erreicht man beispielsweise indem vom Generator 94 ein Leiter 95 vom Rohrende durch die Öff¬ nung 93 eingeführt, durch die Öffnung 91 herausgeführt, außen an der Ankerwand entlanggeführt und am anderen Rohrende durch die Öffnung 92 wieder in den rohrförmig ausgebildeten Kern eingeführt wird. Der Leiter wird dann durch die mit¬ tige Öffnung 91 wieder herausgeführt und an der äußeren Rohrwandung entlang bis etwa zum Röhrende bei der Öffnung 93 zurückgeführt und mit dem anderen Anschluß am Wechsel- . Stromgenerator 94 verbunden. -
Fließt nun ein Wechselstrom durch den in Form einer Acht angeordneten Leiter 95 und bezeichnet man für den ganzen rohrför igen Kern 6 längs seiner gedachten Mittellinie eine
Richtung als die positive, die andere als die negative, so stellt man fest, daß in einem gegebenen Augenblick im Inneren des einen Rohrteils die Stromrichtung positiv, im Inneren des anderen Rohrteils negativ ist. Wenn beide Rohrteile gleich lang sind, so ist die elektrische Span¬ nung, welche in dem einen Rohrteil induziert wird, ent- gegengesetzt und gleich derjenigen, die in dem anderen
Rohrteil induziert wird. Ein störender Strom in Längs¬ richtung des Rohres kommt daher nicht zustande. Verständ¬ licherweise ist der Leiter 95 hinsichtlich der. Wandung des rohrförmigen Kerns 6 elektrisch zu ioslieren. Das ring- förmige Magnetfeld um den im Inneren des rohrförmigen Kerns 6 geführten Leiter 95 baut die Remanenz im Kern 6 ab.
Man kann den Kern 6 nach Fig. 10 auch massiv aus magnetisch
O PI und elektrisch leitendem Material ausbilden und von einer Wechselstromquelle 94 einen Pol am Kern 6 beiderseits bei 102 und 103 neben der Kreuzungszone 9.anschließen. Der an¬ dere Pol ist zu einer Anschlußstelle 101 geführt, die zur Kreuzungszone 9 außerhalb dieser etwa mit gleicher Ent¬ fernung zu den anderen Anschlußstellen 102, 103 beabstan¬ det ist. Dadurch wird Strom durch den Kern 6 hindurchgelei¬ tet, der in Abhängigkeit von seiner Frequenz mehr oder weniger durch den Außenbereich fließt. Ideal ist es dann, wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein Teil des Quer¬ schnitts senkrecht zur Stromrichtung magnetisiert wird, während der andere Teil desselben wenig oder nicht in dieser Richtung magnetisiert ist, so daß der magnetische Induktionsfluß, den die betriebsstromführenden Leiter im Fehlerfall induzieren, in denjenigen Teil des Querschnitts umgeleitet wird, der senkrecht zur Stromrichtung nur schwach magnetisiert ist und daher eine hohe Leitfähigkeit besitzt. Zu diesem Zweck kann man hinsichtlich Frequenz und Form einen optimalen Wechselstrom wählen.
Zwar h-interläßt auch der zur Unterdrückung der Remanenz benutzte Wechselstrom nach seinem Abklingen eine gewisse Remanenz. Diese kann aber keinen Fehlerstrom vortäuschen, da ihre Komponente in Längsrichtung des Induktionsleiters gleich Null ist.
Falls der Fehlerstromschutzschalter nur einphasigen Wechsel¬ strom überwacht, ist der Fehlerstrom nach Fig. 2 normaler¬ weise nur um einen kleinen Winkel gegen den Betriebsstrom verschoben. Dann läßt sich die Schaltung leicht so auf¬ bauen, daß der die Remanenz zerstörende Strom nach Fig. 1 seinen Spitze vert dann erreicht, wenn der Fehlerstrom nach Fig. 2 den Wert Null durchläuft, wie es aus einer Zusammenschau der Fig. 1 und 2 zu ersehen ist. In dem Zeit¬ punkt, wo der Fehlerstrom seinen Höchstwert durchläuft, . ist eine hohe Permeabilität des Kerns besonders wichtig, damit ein starker Induktionsfluß über die Kreuzungszone 9 hervorgerufen wird. Da dann der die Remanenz zerstörende Strom gemäß Fig. 1 den Wert Null hat, bewirkt er keine unerwünschte Verringerung der Permeabilität, wie sie sonst infolge magnetischer Sättigung quer zur Längsrich¬ tung des Kerns eintreten könnte. Für diese beschriebene Remanenzunterdrückung läßt sich nach bekannten Auswahl¬ kriterien "ein geeigneter Generator zur Verfügung stellen. .
Zur Unterdrückung der Wirbelstromverluste kann man den Kern 6 auch nach Fig. 11 lamelliert aus magnetisch und elektrisch leitendem Material ausbilden, wobei die ein¬ zelnen Lamellen gegeneinander elektrisch isoliert sind, wie es beispielsweise bei Transformatorenblechen üblich ist. An, einer Wechselstromquelle 94 ist zur Verminderung der Remanenz wieder ein Pol am Kern beiderseits bei 112 und 113 neben der Kreuzungszone 9 angeschlossen und der andere Pol zu einer Anschlußstelle 111 geführt. Diese ist außerhalb der Kreuzungszone 9 und etwa mit gleicher Ent¬ fernung zu den anderen Anschlußstellen 112 und 113 beab¬ standet. Die Kontaktstellen bei den Anschlußstellen 112, 113 und 111 sind so ausgebildet, daß sie die Lamellen 116, 117 und 118 elektrisch kontaktieren.
Ein Aufbau nach Fig. 11 stellt wirkungsmäßig ein magneti¬ sches System mit mehreren Kreuzungszonen - je eine Kreu- zungszone je Lamelle 116, 117 bzw. 118 - dar. Man kann bei einem Aufbau nach Fig. 3 oder nach Fig. 8 auch eine zwei¬ te räumlich entfernt angeordnete Kreuzungszone ausbil¬ den. Wenn die Kreuzungszone nach Fig. 5 ausgebildet ist, wer¬ den die Linien des magnetischen Induktionsflusses zum Anker, also im Induktionsflußleiter 7, und die Linien - ■ des vom Fehlerstrom herrührenden Induktionsflusses 5 parallel bzw. antiparallel zueinandergeführt, indessen sie sich in einer Kreuzungszone nach den Fig. 3, 6, 7, 8, 9, 10 und 11 echt kreuzen.
Da bekanntlich bei gewissen besonders behandelten Eisen- 0 nickellegierungen die Permeabilität stark abfällt, wenn dieselben kalt verformt werden, ist es vorteilhaft, zu¬ erst den Kern 6 herzustellen, so daß er nach der Form¬ gebung einer besonderen Ausglühbehandlung unterworfen werden kann, um seine Eigenschaften hinsichtlich der 5 Permeabilität zu verbessern. Danach kann man zur Her¬ stellung des magnetischen Systems des Auslösers die be¬ triebsstromführenden Leiter gegebenenfalls i mehrere • Windungen durch die vom Kern gebildete Öffnung durch¬ führen.
8 Patentansprüche 11 Figuren

Claims

Patentansprüche
1. Fehlerstromschutzschalter, dessen betriebsstromführende Leiter mit einem Kern verkettet sind, dessen magnetischer Induktionsfluß im Fehlerfall das Ansprechen eines Auslö¬ sers bewirkt, indem ein Anker des Auslösers bei Überlage¬ rung eines Dauermagnetfeldes mit einem vom Fehlerstrom bewirkten Magnetfeld vom magnetischen System des Auslö¬ sers abfällt und bei dem der Kern gegebenenfalls in meh- reren Windungen die betriebsstromführenden Leiter um¬ schließt, "und der Kern Teil des magnetischen Systems -mit dem Induktionsflußleiter des Auslösers ist, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kern 6) den Induktionsflußleiter (7) des Auslösers (2) kreuzt.
2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, d a- d.u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kern (6) den Induktionsflußleiter (7) des Auslösers räumlich recht¬ winklig kreuzt.
3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 , d a¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kreu¬ zungszone (9) eine zur Flußrichtung in der Umgebung der Umgebung der Kreuzungszone, im Kern (6) und im Induk- tionsflußleiter ( ) des Auslösers senkrechte Ausnehmungen bildet (Fig. 5).
4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 3, d a¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kreu- z-ungszone (9) in der Ebene von Kern (6) und Induktions¬ flußleiter (7) rautenförmig ausgebildet ist (Fig. 5 .
5. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h¬ n e t, daß der Induktionsflußleiter (7) des Auslösers
' in seinem Schenkel (10) zwischen Kreuzungszone (9) und 5 Auflagefläche (45) des Ankers (8) eine Ausnehmung (46) bildet, deren gedachte Achse im wesentlichen auf einer Ebene senkrecht steht, die vom Schenkel (10) und dem in der Nähe der Kreuzungszone (9) liegenden Teil des Kernes (6) aufgespannt ist und daß um beide verbleibenden Schen- 0 kelteile (41, 43) Windungen (40, 42) gleichsinnig gelegt und endständig miteinander verbunden sind (Fig. 4) .
6. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch.1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h- 5 n e t, daß der Kern (6) im wesentlichen rohrförmig ausge¬ bildet ist und zwischen seinen Übergängen zur Kreuzungs- zone (9) außerhalb dieser drei Öffnungen (91, 92, 93) auf¬ weist, je eine (92, 93) am Rohrende und eine mittig ausge¬ bildet (91), durch die Leiter (95) in Form einer Acht ein- 0 gelegt und an einen Wechselstromgenerator (94) angeschlos¬ sen sind (Fig. 9) .
7. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h- S n e t, daß der Kern (6) massiv aus magnetisch und elek¬ trisch leitendem Material gebildet ist und daß von einer Wechselstromquelle (94) ein Pol am Kern (6) beiderseits neben der Kreuzungszone (9) angeschlossen ist und der andere Pol zu einer Anschlußstelle (101) geführt ist, die 0 zur Kreuzungszone (9) außerhalb dieser vorzugsweise mit gleicher Entfernung zu den anderen Anschlußstellen (102, 103) beabstandet ist (Fig. 10).
8- Fehlerstromschutzschalter nach den Ansprüchen 1 und 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kern (6) lamelliert aus magnetisch und elektrisch leitendem Material gebildet ist und daß von einer Wechselstromquelle (94) ein Pol am Kern (6) beiderseits neben der Kreuzungs¬ zone (9) angeschlossen ist und der andere Pol zu einer Anschlußstelle (111) geführt ist, die zur Kreuzungszone (9) außerhalb dieser vorzugsweise mit gleicher Entfernung zu den anderen Anschlußstellen (112, 113) beabstandet ist (Fig. '11)"..
GEANDERTE ANSPRUCHE (beim internationalen Büro am 9. Februar 1979 (09.02.79) eingegangen)
1. Fehlerstromschutzschalter, dessen betriebsstromführen¬ de Leiter mit einem Kern verkettet sind, dessen magneti- scher Induktionsfluß im Fehlerfall das Ansprechen eines
Auslösers bewirkt, indem ein Anker des Auslösers bei Über¬ lagerung eines Dauermagnetfeldes mit einem vom Fehlerstrom bewirkten Magnetfeld vom magnetischen System des Auslösers abfällt und bei dem der Kern gegebenenfalls in mehreren Windungen die betriebsstromführenden Leiter umschließt und der vom Fehlerstrom magnetisierbare Kern ein mit dem Induktionsflußleiter des Auslösers mechanisch zusammen¬ hängendes Teil ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h¬ e t, daß der Kern (6) den Induktionsflußleiter (7) des Auslösers (2) kreuzt, indem zwei gesonderte Bahnen aus mag¬ netisch leitendem Material hinter der Kreuzung hinsicht¬ lich ihres Ansatzpunktes ihre unversetzte Fortsetzung fin¬ den.
3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kreu- zungszone (9) eine Ausnehmung aufweist, die senkrecht zur Flußrichtung steht, welche im Kern (6) und im Induk¬ tionsflußleiter (7) in der Umgebung der Kreuzungszone vorliegt, wobei sich kein betriebsstromführender Leiter in dieser Ausnehmung befindet (Fig. 5) .
TNARTIKEL19GENANNTEERKLÄRUNG
Es wird gebeten, in den Patentansprüchen neue Patentansprüche 1 3 aufzunehmen und dem weiteren Verfahren zugrundezulegen. Die we teren Unteransprüche werden in bisheriger Fassung aufrechterhalt
Im übrigen ist die Anmelderin der Auffassung, daß die Entgegenha tungen den Anmeldungsgegenstand nicht berühren.
y^O
'
, A.
EP78900105A 1977-09-02 1979-03-27 Fehlerstromschutzschalter, der auf Gleichstromfehlerströme beider Polarität anspricht Withdrawn EP0006903A1 (de)

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