NL7905943A - Foutstroombeveiligingsschakelaar. - Google Patents

Description

N/29.110-St/lb \ " #

Feiten & Guilleaume Fabrik elektrischer Apparate AG te Schrems-Eugenia en Gottfried Biegelmeier te Wenen, beiden Oostenrijk.

Foutstroombeveiligingsschakelaar.

De uitvinding betreft een foutstroombeveili-gingsschakelaar.

Foutstroombeveiligingsschakelaars dienden oorspronkelijk om met wisselspanning gevoede inrichtingen 5 en installaties tegen isolatiefouten te beveiligen. Bij de toenmalige stand van de techniek hoefde voor deze inrichtingen bij het optreden van een isolatiefout alleen met uit een zuivere wisselstroom bestaande foutstromen te worden gerekend, afgezien van enkele uitzonderingen, zoals 10 bijvoorbeeld bij de beveiliging van installatieswaarin een kathodische corrosiebeveiliging werd toegepast,of bij spoorwegbedrijf, dus in die gevallen, dat zuivere gelijkstromen door de foutstroombeveiligingsschakelaar zouden kunnen vloeien.

15 In de laatste jaren is de situatie in zoverre veranderd, dat door het gebruik van halfgeleiderbouwelementen voor elektronische besturingsinrichtingen in toenemende mate bedrijfsmiddelen in toepassing komen, die in sto-ringsgevallen foutstromen met gelijkstroomcomponenten 20 doen optreden en die daardoor de werking van de conven tionele foutstroombeveiligingsschakelaars kunnen storen.

Voor zover bekend heeft dit nog niet tot ongevallen geleid en wel omdat het gelijktijdig optreden van de daarvoor noodzakelijke voorwaarden onwaarschijnlijk is, maar de techniek 25 van de foutstroombeveiliging moet niettemin rekening houden met de zich in elektrische installaties wijzigende omstandigheden en een foutstroombeveiligingsschakelaar ontwikkelen , die ook bij het optreden van uit gelijkstroom bestaande foutstromen aanspreekt.

30 Als men de storingsmogelijkheden bij elektro- 790 5 9 43 Μ 2 • ίΓ> nisch bestuurde bedrijfsmiddelen nagaat, blijkt, dat de mogelijk optredende foutstromen meestal de vorm hebben van pulserende, uit halve golven bestaande stromen. Weliswaar kan bij éênfasige gelijkrichting met afvlakcondensatoren 5 en bij draaistroomgelijkrichtschakelingen in geval van een storing ook een afgevlakte gelijkstroom optreden, maar bij een nauwkeurig onderzoek van de storingsmogelijkheden blijkt, dat deze uit een gelijkstroom bestaande foutstroom steeds plotseling optreedt, zodat niet met langzaam toe-10 nemende foutstromen van het gelijkstroomtype hoeft te wor den gerekend. Daardoor blijft het mogelijk om het sinds lang betrouwbaar gebleken principe van de foutstroombeveiliging met behulp van een sommeringsstroomtransformator ook in deze gevallen toe te passen.

15 Het probleem is derhalve, dat een nieuwe foutstroombeveiligingsschakelaar moet worden ontwikkeld, die ook bij pulserende gelijkstromen en bij plotseling optredende afgevlakte gelijkstromen onafhankelijk van de richting daarvan aanspreekt. Daarbij moeten bij voor-20 keur schakelingen worden toegepas.t, die onafhankelijk van de netspanning werken, omdat alleen dan de vereiste bedrijfszekerheid en lange levensduur van de beveiligings-schakelaar gewaarborgd zijn.

Bij de thans op de markt verkrijgbare schakelaars 25 . is de afschakeling in de hierboven genoemde gevallen niet zeker, omdat door een foutstroom, die een gelijk-stroomaandeel heeft, de sommeringstransformator wordt voorgemagnetiseerd. Daardoor wordt de door het wisselstroom-aandeel van de foutstroom veroorzaakte fluxverandering 30 verlaagd en kan deze zo klein worden, dat in de secondaire wikkeling van de sommeringstransformator de geïnduceerde spanning onvoldoende is om het foutstroomuitschakel-orgaan van de schakelaar te doen aanspreken. In het Duitse octrooischrift 716.585 zijn reeds pogingen aangegèven om 35 althans bij een zuivere wisselstroommagnetisering de 790 5 9 43 - 3 aanspreekgevoeligheid van foutstroombeveiligingsschakelaars te vergroten door tussen de secondaire wikkeling van de sommeringsstroomtransformator en de bekrachtigingswikkeling van het foutstroomuitschakelorgaan een condensator te 5 schakelen. De daardoor gevormde trillingsketen is op de bedrijfsfrequentie van de te bewaken stroomketen afgestemd.

Een dergelijke schakeling wordt in het Oostenrijkse octrooischrift 318.052 beschreven, waarbij echter -uit een pulserende gelijkstroom bestaande foutstromen met 10 behulp van een trillingsketen worden vastgesteld, die is afgestemd op de frequentie van de spanning, welke in de secondaire wikkeling door de in de primaire wikkelingen van de sommeringstransfonnator vloeiende pulserende gelijkstroom wordt geïnduceerd. De werking van deze scha-15 keling is echter om de volgende redenen niet bevredigend: terwijl in het geval van de beveiligingsschakelaar volgens het Duitse octrooischrift 716.585 de netfrequentie vast bepaald en derhalve de afstemming van de trillingsketen op deze frequentie zondermeer mogelijk is, bestaat de 20 secondaire spanning bij bekrachtiging van de sommeringsstroomtransformator met pulserende gelijkstromen uit een lange reeks van verschillende frequenties, zoals gemakkelijk door ontbinding volgens de Fourierreeks kan worden vastgesteld. De trillingsketen van de schakeling 25 volgens het genoemde Oostenrijkse octrooischrift 318.052 kan echter slechts op een enkele frequentie worden afgestemd. Bovendien hangt de optimale instelling bij het aanspreken op pulserende gelijkstromen niet alleen van de resonantietoestand in de trillingsketen bij een bepaalde 30 frequentie af, maar ook van de mechanische constructie van het foutstroomuitschakelorgaan, in het bijzonder van de massatraagheid van het anker daarvan. De werking van de secondaire stroom op de bekrachtigingswikkeling moet namelijk zo mogelijk in elke halve periode lang genoeg voort-35 duren om afhankelijk van de werking van het uitschakel- orgaan het lichten of het aantrekken van het anker daarvan 790 5 9 43 4 > mogelijk te maken.

Aan het Duitse "Auslegeschrift" 2.336.260/ dat een beveiligingsschakelaar met een van een tertiaire wikkeling voorziene sommeringsstroomtransformator beschrijft, 5 ligt een geheel andere probleemstelling ten grondslag. Op deze tertiaire wikkeling worden twee elkaar tegenwerkende dioden en eventueel een R-C-lid aangesloten, waardoor vermeden moet worden, dat een ongewenste uitschakeling plaats vindt, die het gevolg is van kortstondige capaci-10 tieve laadstromen, welke als foutstromen bij het schakelen van stroomketens, waarvan de capaciteit tegen aarde groot is, kunnen optreden.

In het Duitse "Auslegeschrift" 2.811.064 is ten slotte een foutstroombeveiligingsschakelaar beschreven, 15 die eveneens van een sommeringsstroomtransformator met tertiaire wikkeling is voorzien, welke op een condensator aangesloten is. Daardoor moet ongeveer bij de netfrequentie de induetivitext van de wikkelingen en van het uitschakel-orgaan bij benadering worden gecompenseerd. De tertiaire 20 wikkeling heeft daarbij een aantal windingen, dat ten minste het tienvoudige van het aantal windingen van de secondaire wikkeling bedraagt. Daardoor wordt weliswaar bereikt, dat een kleine capiciteit voor de compensatiecondensator kan worden toegepast zonder dat het aantal windingen van het 25 foutstroomuitschakelorgaan te hoog moet worden gekozen, maar anderzijds wordt door het vereisterelatief grote aan-. tal windingen van de tertiaire wikkeling de spanning aan de condensator onnodig hoog. Foutstromen kunnen immers ook als kortsluit-aardfoutstromen optreden en de in dat 30 geval in de tertiaire wikkeling optredende hoge spanningspieken vormen een gevaar voor de condensator.

Ter verkrijging van een lange levensduur van de condensator en dus vandegewenste en langdurige betrouwbaarheid van de werking van de beveiligingsschakelaar 35 dienen derhalve de aan de condensator optredende spanningen zo klein mogelijk te worden gehouden. Dit is te 790 5 945 5 meer mogelijk, nu met de moderne condensatortechniek ook grote capiciteitswaarden bij kleine afmetingen en lage prijzen van de condensator realiseerbaar zijn. De optimale dimensionering voor de tertiaire wikkeling zal dan zo moeten 5 zijn, dat bij een niet te grote transformatieverhouding ten opzichte van de secondaire wikkeling een voldoende compensatiewerking van de toegepaste condensator wordt verkregen. Daarbij moet in de eerste plaats worden overwogen, dat de capaciteit van de op de tertiaire wikkeling aan-10 gesloten en voor de compensatie vereiste condensator omgekeerd evenredig aan het kwadraat van het aantal windingen is. Heeft derhalve de tertiaire wikkeling een aantal windingen, dat ten minste het drievoudige van het aantal windingen van de secondaire wikkeling bedraagt, dan daalt 15 de vereiste capaciteit reeds tot ca. een tiende van de waarde, die nodig is als de condensator rechtstreeks op de secondaire wikkeling zou worden aangesloten. Als boven besproken moet men echter met het oog op de levensduur van de condensatoren de bedrijfsspanning, die aan de tertiare 20 wikkeling optreedt, beslist niet zo hoog kiezen, dat de tienvoudige spanningswaarde van de bedrijfsspanning van de secondaire wikkeling bereikt wordt. Dit is ook reeds daarom gunstig, omdat anders condensatoren met een hoge nominale spanning moeten worden gekozen, die grotere af-25 metingen hebben en kostbaarder zijn. Het aantal windingen van de secondaire wikkeling wordt door de aanpassing aan de bekrachtigingswikkeling van het foutstroomuitschakel-orgaan bepaald. Daarbij moet worden bedacht, dat, zoals reeds werd opgemerkt, de schakelaar ook bij het plot-30 seling optreden van een afgevlakte gelijkstroom onafhan kelijk van de stroomrichting moet aanspreken. Dit wordt het beste bereikt door toepassing van een uitschakelorgaan, dat voor de bekrachtigingsflux een bekrachtigingscircuit zonder luchtspleet heeft. De bekrachtigingswikkeling moet 35 dan wel met de hand worden aangebracht en dient daarom minder dan honderd windingen te hebben. Wegens de reeds 790 5 9 43 i 6 genoemde aanpassing moet dan de secondaire wikkeling met een nog kleiner aantal windingen worden uitgevoerd, waarbij deze wikkeling zelfs met slechts een enkele doorsteekwin-ding kan zijn uitgevoerd. Om de boven besproken redenen 5 moet derhalve de tertiaire wikkeling een aantal windingen hebben, dat het drie- tot negenvoudige van het aantal windingen van de secondaire wikkeling bedraagt.

De uitvinding betreft derhalve een foutstroom-beveiligingsschakelaar, met een de schakelaarcontacten 10 bedienend schakelslot, dat door een op een foutstroom aansprekend uitschakelorgaan wordt bestuurd,waarvan de bekrachtigingswikkeling op de secondaire wikkeling van een met zijn primaire wikkelingen in de te beveiligen stroomketen opgenomen sommeringsstroomtransformator is 15 aangesloten. Overeenkomstig het vorenstaande heeft een dergelijke foutstroombeveiligingsschakelaar volgens de uitvinding nu het kenmerk, dat het foutstroom-uitschakelorgaan is uitgevoerd met een bekrachtigingscircuit zonder lucht-spleet en met een bekrachtigingswikkeling, die minder 20 dan honderd windingen heeft, terwijl de sommeringsstroomtransformator een toegevoegde tertiaire wikkeling heeft, die ter vergroting van de aanspreekgevoeligheid van de beveiligingsschakelaar bij het optreden van een pulserende gelijkstroom bevattende foutstromen met een compensatie-25 condensator in serie is geschakeld, waarbij het aantal windingen van de tertiaire wikkeling het drie- tot negenvoudige van het aantal windingen van de secondaire wikkeling bedraagt.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding 30 is het daarbij mogelijk om de secondaire wikkeling en de tertiaire wikkeling uit te voeren als een inductieve spanningsdeler in de vorm van een wikkeling met aftakking voor de aansluiting van de bekrachtigingswikkeling van het foutstroom-uitschakelorgaan.

35 In de tekening zijn uitvoeringsvoorbeelden van de foutstroombeveiligingsschakelaar volgens de uitvin- 790 5 9 43 7 ding afgebeeld.

Fig. 1 toont het schema van een eerste uitvoeringsvorm van de beveiligingsschakelaar; en fig. 2 toont schematisch een deel van een 5 andere uitvoeringsvorm van de schakelaar.

De in fig. 1 afgeheelde foutstroombeveiligings-schakelaar heeft een schakelslot 1, dat de schakelaar-contacten 4 kan openen als de te beveiligen installatie bij een optredende foutstroom van het net moet worden 10 gescheiden. Het schakelslot 1 kan weer op conventionele wijze door een op zulk een foutstroom aansprekend uit-schakelorgaan 2 worden ontgrendeld. Dit uitschakelorgaan 2 heeft een magnetisch bekrachtigingscircuit zonder luchtspleet, waarbij de bekrachtigingsflux door een be~ 15 krachtigingswikkeling 3 wordt opgewekt. Deze bekrachtigings- wikkeling 3 is rechtstreeks op de secondaire wikkeling 9 van een sommeringsstroomtransformator 7 aangesloten, waarvan de primaire wikkelingen 8 in de voedingsleidingen van de te beveiligen installatie zijn opgenomen, zodat door 20 deze wikkelingen 8 de bedrijfsstroom vloeit. Op de sommerings stroomtrans formator 7 is nog een tertiaire wikkeling 10 aangebracht, die rechtstreeks met een compensatie-conden-sator 11 verbonden is. De foutstroombeveiligingsschakelaar is nog op gebruikelijke wijze met een beproevingsstroom-25 keten 5 uitgevoerd. De genoemde onderdelen van de schakelaar zijn in een niet-getekend huis ondergebracht, dat van aan-sluitklemmen 6 is voorzien.

Het aantal windingen van de bekrachtigings-. wikkeling 3 van het uitschakelorgaan 2 is kleiner dan 30 honderd, terwijl het aantal windingen van de tertiaire wikkeling 10 van de sommeringsstroomtransformator 7 het drie- tot negenvoudige van het aantal windingen van de secondaire wikkeling 9 van deze transformator bedraagt.

Bij de uitvoeringsvorm van de schakelaar 35 afgebeeld in fig. 2 zijn de secondaire wikkeling 9 en de tertiare wikkeling 10 van de sommeringsstroomtransfor- 790 5 8 43 u> . $ 8 mator van fig. 1 nu uitgevoerd als een inductieve spanningsdeler in de vorm van een transformatorwikkeling 12, die tussen zijn einden een aftakking heeft. De be~ krachtigingswikkeling 3 van het uitschakelorgaan 2 is met 5 deze aftakking en met het het dichtst daarbij liggende ein de van de wikkeling 12 verbonden, terwijl de compensatie-condensator 11 op de beide wikkelingseinden van de spanningsdeler aangesloten is.

790 5 9 43

Claims (2)

9 .

1. Foutstroombeveiligingsschakelaar met een de schakelaarcontacten bedienend schakelslot, dat door een op een foutstroom aansprekend uitschakelorgaan wordt bestuurd, waarvan de bekrachtigingswikkeling op de secondaire wikke- 5 ling van een met zijn primaire wikkelingen in de te bevei ligen stroomketen opgenomen sommeringsstroomtransformator is aangesloten, met het kenmerk, dat het fout-stroom-uitschakelorgaan (2) is uitgevoerd met een magnetisch bekrachtigingscircuit zonder luchtspleet en met een 10 bekrachtigingswikkeling (3), die minder dan honderd win dingen heeft, terwijl de sommeringsstroomtransformator (7) een toegevoegde tertiaire wikkeling (10) heeft, die ter vergroting van de aanspreekgevoeligheid van de be-veiligingsschakelaar bij het optreden van een pulserende 15 gelijkstroom bevattende foutstromen met een compensatie- condensator (11) in serie is geschakeld, waarbij het aantal windingen van de tertiaire wikkeling (10) het drie-tot negenvoudige van het aantal windingen van de secondaire wikkeling (9) van de sommeringsstroomtransformator 20 bedraagt.

2. Foutstroombeveiligingsschakelaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de secondaire wikkeling (9) en de tertiaire wikkeling (10) van de sommeringsstroomtransformator (7) zijn uitgevoerd als 25 een inductieve spanningsdeler in de vorm van een wikke ling (12) met aftakking voor de aansluiting van de bekrachtigingswikkeling (3) van het foutstroom-uitschakel-orgaan (2) (fig. 2). 790 5 9 43