EP0548732A2 - Fehlerstromschutzschalter - Google Patents

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EP0548732A2
EP0548732A2 EP92121254A EP92121254A EP0548732A2 EP 0548732 A2 EP0548732 A2 EP 0548732A2 EP 92121254 A EP92121254 A EP 92121254A EP 92121254 A EP92121254 A EP 92121254A EP 0548732 A2 EP0548732 A2 EP 0548732A2
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EP
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circuit breaker
switch
trigger
residual current
signal
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EP92121254A
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EP0548732A3 (de
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Erhard Runtsch
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ABB Patent GmbH
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ABB Patent GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/127—Automatic release mechanisms with or without manual release using piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive trip units
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a residual current circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • two-pole residual current circuit breakers detect a residual current in the AC circuit via a summation current transformer, which compensates for the permanent flux in a permanently magnetically biased magnetic circuit via a secondary winding assigned to the summation current transformer and releases an armature biased by a spring force, which travels a certain distance, unlatches the switching mechanism of the residual current circuit breaker and the main contacts opens.
  • the permanently magnetically biased magnetic circuit is usually a U-shaped trigger that has a permanent magnet and an armature, the permanent magnet holding the armature on the yoke until a fault current occurs and generates a magnetic flux that counteracts the permanent flux generated by the permanent magnet, so that a preloaded spring releases the armature from the yoke.
  • the trigger can only be biased with a correspondingly low energy, and a slight increase in the adhesive forces at the armature contact point in the air gap can lead to zero sticking of the armature, even with compensated magnetic flux, so that tripping is omitted and the faulty situation in the operating circuit remains.
  • the object of the invention is to provide a residual current circuit breaker in which the trigger reliably releases the latch of the switch lock.
  • a particularly advantageous embodiment can be designed to form the element as a bending strip clamped on one side or as a disk bender or as a linearly deflecting actuator, the free end of which acts on the latching point.
  • the trigger can have a switch which can be controlled by the signal on the secondary side and which is located in one of the outgoing conductors to the element and from there to Cable carrying earth; if the secondary signal occurs, then the switch is activated and closed, so that the element is supplied with mains voltage.
  • a sufficient operating voltage and, moreover, a sufficient deflection of the element for direct action on the switching mechanism can be generated, as well as a sufficient force for opening the switching mechanism.
  • the piezoceramic element is a type of capacitor that is charged for tripping, but must be discharged before each new loading, i.e. before each new triggering.
  • an advantageous embodiment of the invention is characterized in that a switching element is arranged electrically parallel to the electrical connection points of the element, which is already driven during the opening process of the contact points or at the latest during switching on (closing of the contact points), driven by the switching lock or by a coupling element the key switch and the contact points, closes and short-circuits the connection points of the element at least briefly.
  • the discharge is then carried out by closing the connection points of the element by means of a switching element, which can take place when the switch goes into the off position or is switched on.
  • the switching element can be, for example, a wiping contact or the like.
  • An advantageous embodiment of the invention can be such that the trigger is dimensioned such that it only responds above a certain, permissible touch voltage.
  • Electrostrictive materials have the piezo effect; they are deflected when a certain voltage is applied. It will refer to the literature in this context "Physics in our time", 1976, page 48 below, in which it is pointed out that so-called piezoelectric relays can be produced with piezo elements in which a strip-shaped piezo element, at the free end of which there are contacts, under the effect of an omega -shaped spring and an electrical voltage moves the contact pieces from one fixed contact point to another fixed contact point and back again. Further applications of such piezo elements can be found, for example, in US Pat. No. 2,835,761 or DE-OS 29 12 734.
  • FIG. 1 shows a fault current protection circuit arrangement for a network 10 consisting of an outgoing conductor L and a return conductor N.
  • a network 10 consisting of an outgoing conductor L and a return conductor N.
  • the forward and return conductor is guided as a primary winding through a toroidal core converter 13, which also has a secondary winding 14 which is connected to a trigger designed as a piezo element 15.
  • the trigger 15 is preferably designed as a strip-shaped element which acts according to the dashed lines 16 on a switching lock 17 so that it is released and can open contact points 18 and 19 located in the network.
  • the operating voltage for the trigger 15 is sufficient; it must be approximately 50 volts.
  • 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.
  • the switching mechanism data such as the latching distance and latching force are optimized, a smaller latching path and a higher latching force having to be achieved.
  • Such voltage doubler circuits are generally known.
  • FIG. 2 An embodiment as shown in FIG. 2 can be used.
  • the secondary winding is connected to a preferably permanently magnetically biased relay. From the power line L (outgoing line L), a line 21 leads to earth, in which a switch 22 and an element 23 corresponding to the element 15 is switched on. Normally, if 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.
  • element 23 which can be a strip or slide bender, which is sufficient in any case to achieve a suitable deflection of element 23 for unlatching switch lock 17.
  • the switch 22 can also be a thyristor, the gate of which is connected to the relay 20.
  • the piezo element 15 is a capacitor which is charged for tripping.
  • the piezo element must be discharged after each deflection process.
  • Figure 1 shows an arrangement of how this could be done.
  • the piezo element 15 is connected to the secondary winding 14 via a connection point 30 and 31.
  • a discharge circuit 32 in which a switching element 33 is located, is connected to the connection points 30 and 31.
  • 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 unlatching process also acts on the switching element 33, so that it is closed when the switching element is switched off. This causes the piezo element 15 to discharge.
  • the discharge circuit is of course also to be provided in the piezo element 23 of FIG. 2.
  • 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.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Breakers (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Ein 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 Rückleitern ein Signal abgibt, das einen Auslöser ansteuert, der die Verklinkungsstelle eines Schaltschlosses entklinkt, wodurch in den Hin- und Rückleitern befindliche Kontaktstellen geöffnet werden, wobei der Auslöser ein Element aus einem elektrostriktiven Material aufweist, dessen eines Ende ortsfest im Schalter festgelegt ist und dessen sich bei einem Signal auslenkendes anderes Ende auf die Verklinkungsstelle einwirkt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Fehlertromschutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Beispielsweise zweipolige Fehlerstromschutzschalter erfassen über einen Summenstromwandler einen Differenzstrom im Wechselstromkreis, der über eine dem Summenstromwandler zugeordnete Sekundärwicklung den Permanentfluß in einem permanentmagnetisch vorgespannten Magnetkreis kompensiert und einen durch eine Federkraft vorgespannten Anker löst, der einen bestimmten Auslöseweg zurücklegt, das Schaltwerk des Fehlerstromschutzschalters entklinkt und die Hauptkontakte öffnet. Der permanentmagnetisch vorgespannte 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 erzeugt, der dem durch den Permanentmagneten erzeugten Permanentfluß entgegenwirkt, so daß eine vorgespannte Feder den Anker vom Joch löst.
  • Da die vom Wandler übertragene Energie gering ist, kann der Auslöser auch nur mit einer entsprechend geringen Energie vorgespannt werden, und eine geringe Erhöhung der Adhäsionskräfte an der Ankerberührungsstelle im Luftspalt kann selbst bei kompensiertem Magnetfluß zu Null zum Haften des Ankers führen, so daß eine Auslösung unterbleibt und die fehlerhafte Situation im Betriebstromkreis bestehen bleibt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fehlerstromschutzschalter zu schaffen, bei dem der Auslöser die Verklinkung des Schaltschlosses sicher löst.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung kann dahin gehen, das Element als einseitig eingespannten Biegestreifen oder als Scheibenbieger oder als sich linear auslenkenden Aktuator auszubilden, dessen freies Ende auf die Verklinkungsstelle einwirkt.
  • Wenn durch den Stromwandler keine ausreichende Spannung zur direkten Ansteuerung des Elementes aus elektrostriktivem Material erreicht wird, dann kann der Auslöser gemäß 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 Schalter angesteuert und geschlossen, so daß dem Element Netzspannung zugeführt wird. Dadurch kann eine ausreichende Betriebsspannung sowie darüberhinaus auch eine ausreichende Auslenkung des Elementes zur direkten Wirkung auf das Schaltwerk erzeugt werden, sowie eine ausreichende Kraft zum Öffnen des Schaltwerkes.
  • Das piezokeramische Element ist eine Art Kondensator, der zur Auslösung aufgeladen wird, der aber vor jeder Neubeaufschlagung, also vor jeder Neuauslösung entladen sein muß. Demgemäß ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch parallel zu den elektrischen Anschlußstellen des Elements ein Schaltelement angeordnet ist, das bereits während des Öffnungsvorganges der Kontaktstellen oder spätestens während der Einschaltung (Schließen der Kontaktstellen), angetrieben vom Schaltschloß oder von einem Kupplungselement zwischen dem Schaltschloß und den Kontaktstellen, schließt und die Anschlußstellen des Elementes wenigstens kurzzeitig kurzschließt. Danach wird die Entladung dadurch vorgenommen, daß die Anschlußstellen des Elementes mittels eines Schaltelementes geschlossen werden, was dann erfolgen kann, wenn der Schalter in Ausschaltstellung geht oder eingeschaltet wird. Das Schaltelement kann beispielsweise ein Wischkontakt oder dergleichen sein.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß der Auslöser so dimensioniert ist, daß er erst ab einer bestimmten, zulässigen Berührungsspannung anspricht.
    Elektrostriktive Materialien haben den Piezo-Effekt; dabei werden sie ausgelenkt, wenn eine bestimmte Spannung angelegt wird. Es wird in diesem Zusammenhang auf die Literaturstelle "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 Wirkung einer omega-förmigen Schnappfeder und einer elektrischen Spannung die Kontaktstücke von einer festen Kontaktstelle zu einer anderen festen Kontaktstelle und wieder zurückbewegt. Weitere Anwendungen solcher Piezoelemente sind beispielsweise der US-PS 2 835 761 oder der DE-OS 29 12 734 zu entnehmen.
  • Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer ersten Fehlerstromschutzschalteranordnung und
    Figur 2
    eine weitere Ausgestaltung eines Fehlertromschutzschalter in schematischer Darstellung.
  • Die Figur 1 zeigt eine Fehlerstromschutzschaltungsanordnung für ein aus einem Hinleiter L und einem Rückleiter N bestehenden Netz 10. Im Netz 10 befindet sich ein Verbraucher 11, der in einem geerdeten Gehäuse 12 untergebracht ist. Der Hin- und Rückleiter ist als Primärwicklung durch einen Ringkernwandler 13 geführt, der weiterhin auch eine Sekundärwicklung 14 besitzt, die mit einem als Piezoelement 15 ausgebildeten Auslöser verbunden ist.
  • Der Auslöser 15 ist in bevorzugter Weise als streifenförmiges Element ausgebildet, welches gemäß den strichlierten Linien 16 auf ein Schaltschloß 17 einwirkt, so daß dieses entklinkt wird und in dem Netz befindliche Kontaktstellen 18 und 19 öffnen kann.
  • Wenn aufgrund eines Fehlerstromes IF in der Sekundärwicklung 14 ein Strom induziert wird, wird der als Aktuator ausgebildete Auslöser 15 ausgelenkt, das Schaltschloß entklinkt und die Kontaktstellen 18, 19 geöffnet.
  • Voraussetzung hierfür ist, daß die Betriebsspannung für den Auslöser 15 ausreicht; sie muß ca. 50 Volt betragen. Darüberhinaus 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 Aktuatorauslenkung werden die Schaltwerksdaten wie Verklinkungsweg und Verklinkungskraft optimiert, wobei ein kleiner Verklinkungsweg und eine höhere Verklinkungskraft erreicht werden muß. In spezieller Weise ist es sinnvoll, in den Sekundärkreis eine Spannungsverdopplerschaltung einzusetzen, um zu einer ausreichend hohen Betriebsspannung zu gelangen. Derartige Spannungsverdopplerschaltungen sind allgemein bekannt.
  • Wenn die durch den Wandler erzeugte sekundärseitige Spannung nicht ausreicht, kann eine Ausführung eingesetzt werden, wie sie in der Figur 2 dargestellt ist. Die Sekundärwicklung ist dabei mit einem vorzugsweise permanentmagnetisch 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 entsprechendes Element 23 eingeschaltet ist. Im Normalfall, wenn kein Fehlerstrom ansteht, ist der Schalter 22 geöffnet. 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 Entklinkung des Schaltschlosses 17 zu erzielen. Der Schalter 22 kann auch ein Thyristor sein, dessen Gate am Relais 20 angeschlossen ist.
  • Das Piezoelement 15 ist ein Kondensator, der zur Auslösung aufgeladen wird. Nach jedem Auslenkungsvorgang muß das Piezoelement entladen werden. Die Figur 1 zeigt eine Anordnung, wie dies erfolgen könnte.
  • Das Piezoelement 15 ist mit der Sekundärwicklung 14 über ein Anschlußstellen 30 und 31 verbunden. An den Anschlußstellen 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 Entklinkungsvorgang auch auf das Schaltelement 33, so daß dieses beim Ausschalten geschlossen wird. Dadurch wird eine Entladung des Piezoelementes 15 bewirkt.
  • Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, an dem Schaltelement 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 bewirkt.
  • Der Entladungskreis ist natürlich auch bei dem Piezoelement 23 der Figur 2 vorzusehen.
  • Das Piezoelement 23 ist mit einem Ende an Erdpotential angeschlossen. Ein Fehlerstromschutzschalter wird in einer Installationsanlage auf einer Hutprofilschiene aufgeschnappt; diese Hutprofilschiene kann als Erdpotential dienen, und da nur das Spannungspotential anliegen muß, ist ein derart "hochohmiger Anschluß" ausreichend.

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 Rückleitern ein Signal abgibt, das einen Auslöser ansteuert, der die Verklinkungsstelle eines Schaltschlosses entklinkt, 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 auslenkendes anderes Ende auf die Verklinkungsstelle einwirkt.
  2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein einseitig eingespannter Biegestreifen oder Scheibenbieger oder ein Sich linear auslenkender Aktuator ist, dessen freies Ende auf die Verklinkungsstelle einwirkt.
  3. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser einen vom sekundärseitigen Signal ansteuerbaren Schalter aufweist, der sich in einem von einem Hinleiter zum Element und von dort zur Erde führenden Leitungszug befindet, dergestalt, daß bei Auftreten des sekundärseitigen Signales der Schalter geschlossen wird und Netzspannung dem Element zuführt.
  4. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser (23) so dimensioniert ist, daß er erst ab einer bestimmten, zulässigen Berührungsspannung anspricht.
EP92121254A 1991-12-24 1992-12-14 Fehlerstromschutzschalter Expired - Lifetime EP0548732B1 (de)

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DE4142969 1991-12-24
DE4142969A DE4142969A1 (de) 1991-12-24 1991-12-24 Fehlerstromschutzschalter

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EP0548732A3 EP0548732A3 (de) 1994-01-26
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ID=6448134

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AT (1) ATE137604T1 (de)
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